KR20130075992A - Solid oxide fuel cell containg dummy separator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solid oxide fuel cell is provided to obtain excellent stack stability by minimizing the unbalance of a pressure distribution in a stack. CONSTITUTION: A solid oxide fuel cell comprises upper and lower end plates; a fuel cell stack located between the upper and lower end plates; two or more dummy separators (500') capable of uniformizing a pressure distribution in the stack by being arranged between the upper and lower plates; and a current collector located between the dummy separators. The dummy separator has an air inflow manifold hole (510'), a fuel input manifold hole (520'), an air output manifold hole (530'), and a fuel output manifold hole (540'). The manifold holes have sealing materials (550') around them.

Description

더미 분리판이 삽입된 고체산화물 연료전지{SOLID OXIDE FUEL CELL CONTAING DUMMY SEPARATOR}SOLID OXIDE FUEL CELL CONTAING DUMMY SEPARATOR}

본 발명은 더미 분리판이 삽입된 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a solid oxide fuel cell in which a dummy separator is inserted.

고체산화물 연료전지는 일반적으로 연료전지 중 가장 높은 온도(700 ~ 1000℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점 때문에 고체산화물 연료전지에 관한 연구는 현재 활발히 이루어지고 있다.
Solid oxide fuel cells generally operate at the highest temperature of the fuel cell (700-1000 ° C), and because all components are solid, they are simpler in structure compared to other fuel cells, and the loss and replenishment of electrolytes and corrosion There is no problem, no noble metal catalyst is needed, and it is easy to supply fuel through direct internal reforming. In addition, it has the advantage that thermal combined cycle power generation using waste heat is possible because the high-temperature gas is discharged. Due to these advantages, researches on solid oxide fuel cells are actively conducted.

고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)는 전기화학적 에너지 변환장치로서, 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극 및 연료극으로 이루어진다. 공기극에서는 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다.
A solid oxide fuel cell (SOFC) is an electrochemical energy conversion device, and is composed of an oxygen ion conductive electrolyte and an air electrode and a fuel electrode located on both sides thereof. In the cathode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen move to the anode through the electrolyte and react with hydrogen supplied to the anode again to generate water. At this time, electrons are generated at the anode and electrons are consumed at the cathode. When the electrodes are connected to each other, electricity flows.

그러나, 상기 공기극, 전해질 및 연료극을 기본으로 하는 단위전지 하나에서 발생하는 전력은 상당히 작기 때문에, 여러 개의 단위 전지를 적층(스택)하여 연료 전지를 구성함으로써 상당량의 전력을 출력시킬 수 있게 되고, 나아가 다양한 발전 시스템 분야에 적용할 수 있게 된다. 상기 적층을 위해서, 한 단위전지의 공기극과 다른 단위전지의 연료극은 전기적으로 연결되어야 할 필요가 있으며, 이를 위해 분리판(seperator)이 사용된다. 또한, 상기 공기극 또는 연료극과 분리판 사이에는 집전체(current collector)가 구비되어 공기극 또는 연료극이 분리판과 전기적으로 균일하게 접촉할 수 있게 한다.
However, since the power generated from one unit cell based on the air electrode, the electrolyte and the fuel electrode is very small, a large amount of power can be output by stacking (stacking) several unit cells to form a fuel cell. It can be applied to various power generation system fields. For lamination, it is necessary that the air electrode of one unit cell and the fuel electrode of another unit cell be electrically connected, and a separator is used for this purpose. Further, a current collector is provided between the air electrode or the fuel electrode and the separator plate so that the air electrode or the fuel electrode can electrically and uniformly contact the separator plate.

한편, 상기와 같이 고체산화물 연료전지를 제조하기 위하여 스택을 형성을 형할 때, 박판성형분리판을 사용하는 경우에는 연료전지의 최상부 및 최하부에 위치하는 엔드판의 영향으로 상부 또는 하부 영역은 중간 영역과는 다른 면압분포가 가해지게 되며 이로 인하여 적층시 또는 운전시에 연료전지의 안정성에 문제가 발생할 가능성이 높아지게 된다.
On the other hand, when forming a stack to manufacture a solid oxide fuel cell as described above, in the case of using a thin plate forming separator, the upper or lower region is an intermediate region under the influence of the end plates located at the top and bottom of the fuel cell. Different surface pressure distributions are applied, which increases the possibility of problems in the stability of the fuel cell during stacking or operation.

본 발명의 일측면은 스택 내 면압분포의 불균형을 해소하여 거의 일정한 면압분포 수준을 갖도록 하는 고체산화물 연료전지를 제공하고자 하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell to solve the imbalance of the surface pressure distribution in the stack to have a nearly constant surface pressure distribution level.

본 발명의 다른 측면은 스택안정성을 확보하고, 연료 이용률의 감소를 방지할 수 있는 고체산화물 연료전지를 제공하고자 하는 것이다.
Another aspect of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that can ensure stack stability and prevent the reduction of fuel utilization.

본 발명의 일태양은 상부 및 하부 엔드판; 상부 및 하부 엔드판 사이에 구비되는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택과 상부 및 하부 엔드판 사이에 구비되어 상기 스택 내 면압분포를 일정하게 하는 2개 이상의 더미 분리판; 및 상기 더미 분리판 사이에 구비되는 집전체를 포함하고, 상기 더미 분리판은 공기 투입 매니폴드 홀, 연료 투입 매니폴드 홀, 공기 배출 매니폴드 홀 및 연료 배출 매니폴드 홀을 구비하며, 상기 공기 투입 매니폴드 홀, 연료 투입 매니폴드 홀 및 공기 배출 매니폴드 홀은 상기 더미분리판 사이로 공기 및 연료가 유입되지 않도록 그 주위에 밀봉재가 구비되는 고체산화물 연료전지를 제공한다.
One aspect of the invention the upper and lower end plate; A fuel cell stack provided between upper and lower end plates; Two or more dummy separation plates provided between the fuel cell stack and upper and lower end plates to make the surface pressure distribution in the stack constant; And a current collector provided between the dummy separation plates, wherein the dummy separation plate includes an air input manifold hole, a fuel input manifold hole, an air discharge manifold hole, and a fuel discharge manifold hole. The manifold hole, the fuel input manifold hole, and the air discharge manifold hole provide a solid oxide fuel cell having a sealing material around the dummy separator plate so that air and fuel do not enter.

본 발명의 일측면에 따르면, 스택 내 면압분포의 불균형을 해소하여 연료전지의 스택 안정성을 확보할 수 있는 고체산화물 연료전지를 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a solid oxide fuel cell that can ensure the stack stability of the fuel cell by solving the imbalance of the surface pressure distribution in the stack.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 향상된 스택안정성을 가지며, 연료의 손실 방지를 통하여 연료 이용률의 저하를 막을 수 있는 고체산화물 연료전지를 제공할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having improved stack stability and preventing a decrease in fuel utilization through preventing fuel loss.

도 1은 연료전지 내 셀(cell) 구조의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 단위 전지(unit cell) 구조의 일례를 나타내는 사시도이며, (a)는 셀 프레임과 분리판이 분리되어 있는 모습을 나타내고, (b)는 셀 프레임과 분리판이 결합되어 있는 모습을 나타낸다.
도 3은 단위전지가 적층되는 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 스택과 상부 및 하부 엔드판이 결합된 연료전지를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 단위 전지의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료 전지의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명 더미 분리판의 일례를 모식적으로 나타낸 평면도이다.1 is a schematic diagram showing an example of a cell structure in a fuel cell.
2 is a perspective view illustrating an example of a unit cell structure, (a) shows a state in which a cell frame and a separator are separated, and (b) shows a state in which a cell frame and a separator are combined.
3 is a perspective view schematically illustrating a state in which unit cells are stacked.
4 is a schematic diagram illustrating a fuel cell in which a stack and an upper and lower end plate are combined.
5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a unit cell according to the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell according to the present invention.
7 is a plan view schematically showing an example of the dummy separator of the present invention.

도 1은 연료전지 내 셀(cell) 구조의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 셀(10)은 일반적으로 산소 이온전도성 전해질(14)과 그 양면에 위치한 공기극(16) 및 연료극(12)으로 이루어진다. 공기극(16)에서는 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질(14)을 통해 연료극(12)으로 이동하여 다시 연료극(12)에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극(12)에서는 전자가 생성되고 공기극(16)에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.
1 is a schematic diagram showing an example of a cell structure in a fuel cell. As shown in FIG. 1, the cell 10 generally consists of an oxygen ion conductive electrolyte 14 and an air electrode 16 and a fuel electrode 12 located on both sides thereof. In the cathode 16, oxygen ions generated by the oxygen reduction reaction move to the anode 12 through the electrolyte 14 and react with hydrogen supplied to the anode 12 to generate water. At 12, electrons are generated and at the cathode 16, electrons are consumed, so when two electrodes are connected to each other, electricity flows.

도 2는 단위 전지(unit cell) 구조의 일례를 나타내는 사시도이며, (a)는 셀 프레임과 분리판이 분리되어 있는 모습을 나타내고, (b)는 셀 프레임과 분리판이 결합되어 있는 모습을 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, 전술한 셀(10)은 연료(수소) 또는 공기(산소)가 흐를 수 있는 매니폴드 홀(22)이 형성된 셀 프레임(20)에 부착되어 지지된다. 이 셀 프레임(20) 또한 분리판(30)과 결착되어 단위 전지(100)를 형성한다. 상기 분리판(30)은 공기 및 연료가 분리하여 흐르도록 매니폴드 홀(34)이 구비되며, 셀(10)에 공기 또는 연료가 공급되도록 유로(34)가 형성된다. 한편, 상기 셀(10)과 분리판(30)의 사이에는 상호간의 전기적 접촉이 원활히 이루어질 수 있도록 집전체를 구비할 수 있다.
2 is a perspective view illustrating an example of a unit cell structure, (a) shows a state in which a cell frame and a separator are separated, and (b) shows a state in which a cell frame and a separator are combined. As shown in FIG. 2, the cell 10 described above is attached to and supported by a cell frame 20 in which a manifold hole 22 through which fuel (hydrogen) or air (oxygen) can flow. The cell frame 20 is also bound to the separator 30 to form a unit cell 100. The separator 30 is provided with a manifold hole 34 so that air and fuel flow separately, and a flow path 34 is formed to supply air or fuel to the cell 10. On the other hand, between the cell 10 and the separator 30 may be provided with a current collector to facilitate electrical contact between each other.

그러나, 상기 단위전지 하나에서 발생하는 전력은 상당히 작기 때문에, 도 3 및 4와 같이 여러 개의 단위 전지를 적층함으로써 스택(400)을 형성하여 연료전지(1000)를 제조해야만 한다. 도 3은 단위전지가 적층되는 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 4는 스택과 상부 및 하부 엔드판이 결합된 연료전지를 나타내는 모식도이다. 이와 같이, 단위전지(100)를 반복적으로 적층함으로써 전기적 직렬상태로 연결하여 고전압의 출력을 얻게 된다. 한편, 연료전지(1000) 제조시 스택(400)의 상하부에는 상당히 두꺼운 각각 상부 엔드판(200)과 하부 엔드판(300)이 구비되는데, 상기 엔드판은 스택 전체의 면압 유지와 가스공급을 위한 매니폴드 홀간을 연결하는 역할을 수행한다. 그러나, 이러한 상부 및 하부 엔드판은 연료전지 내에서 면압분포가 일정하지 못하게 한다. 즉, 스택의 상부 및 하부에 아주 두꺼운 엔드판이 배치됨으로 인해 스택 중간 부분에 위치한 단위 전지와 상부 및 하부 측에 위치한 단위 전지는 서로 다른 응력을 받게 되어 면압분포가 상이해진다. 이러한 면압분포의 차이는 상온에서 단위전지를 적층하여 스택을 형성할 때 뿐만 아니라 전처리 승온 과정과 수평 및 수직 방향으로 온도구배를 가지게 되는 운전시에 발생할 수 있다. 즉, 연료 전지 작동시에는 스택 상하부에 위치하는 분리판에 추가적인 압력이 걸리게 되며, 이는 장기운전이나 열사이클 과정에서 분리판 또는 셀에 무리한 압력을 가하게 되어 스택 안정성에 문제를 야기시킬 가능성이 높아지게 된다.
However, since the power generated by one unit cell is quite small, the fuel cell 1000 must be manufactured by forming a stack 400 by stacking a plurality of unit cells as shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a stacked unit cell, and FIG. 4 is a schematic view illustrating a fuel cell in which a stack and an upper and lower end plates are combined. In this way, by repeatedly stacking the unit cells 100 are connected in an electrical series state to obtain a high voltage output. On the other hand, when manufacturing the fuel cell 1000, the upper and lower portions of the stack 400 is provided with a relatively thick upper end plate 200 and lower end plate 300, respectively, the end plate for maintaining the surface pressure of the entire stack and gas supply It serves to connect between manifold holes. However, these upper and lower end plates do not allow constant surface pressure distribution in the fuel cell. That is, due to the very thick end plates disposed at the top and bottom of the stack, the unit cells located at the middle portion of the stack and the unit cells located at the top and bottom sides are subjected to different stresses, resulting in different surface pressure distributions. This difference in surface pressure distribution may occur not only when stacking unit cells at room temperature to form a stack, but also during operation in which the temperature rises in the horizontal and vertical directions as well as the pretreatment heating process. In other words, when the fuel cell is operated, additional pressure is applied to the separator plates located above and below the stack, which increases the possibility of causing problems in stack stability due to excessive pressure on the separator plates or cells during long-term operation or during a heat cycle. .

따라서, 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 신규한 구조를 갖는 고체산화물 연료전지를 제공한다. 본 발명은 일 실시형태로서, 상부 및 하부 엔드판; 상부 및 하부 엔드판 사이에 구비되는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택과 상부 및 하부 엔드판 사이에 구비되어 상기 스택 내 면압분포를 일정하게 하는 2개 이상의 더미 분리판; 및 상기 더미 분리판 사이에 구비되는 집전체를 포함하고, 상기 더미 분리판은 공기 투입 매니폴드 홀, 연료 투입 매니폴드 홀, 공기 배출 매니폴드 홀 및 연료 배출 매니폴드 홀을 구비하며, 상기 공기 투입 매니폴드 홀, 연료 투입 매니폴드 홀 및 공기 배출 매니폴드 홀은 상기 더미분리판 사이로 공기 및 연료가 유입되지 않도록 그 주위에 밀봉재가 구비되는 고체산화물 연료전지를 제공한다.
Accordingly, the present invention provides a solid oxide fuel cell having a novel structure in order to solve the above problems. The present invention in one embodiment, the upper and lower end plate; A fuel cell stack provided between upper and lower end plates; Two or more dummy separation plates provided between the fuel cell stack and upper and lower end plates to make the surface pressure distribution in the stack constant; And a current collector provided between the dummy separation plates, wherein the dummy separation plate includes an air input manifold hole, a fuel input manifold hole, an air discharge manifold hole, and a fuel discharge manifold hole. The manifold hole, the fuel input manifold hole, and the air discharge manifold hole provide a solid oxide fuel cell having a sealing material around the dummy separator plate so that air and fuel do not enter.

이하, 본 발명을 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described.

도 5는 본 발명에 따른 단위 전지의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 단위전지(100')는 셀(10')과 이 셀(10')의 상하부에 분리판(30')이 구비된다. 또한, 상기 셀(10')과 분리판(30')의 전기적 연결이 원활하도록 공기극측과 연료극측에 각각 공기극 집전체(42')와 연료극 집전체(40')를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 분리판(30')은 평판의 형태를 갖고, 이 위에 유로를 갖는 부재를 결합시킬 수도 있으나, 분리판(30') 자체를 가공하여 요철의 형태를 갖도록 함으로써, 분리판(30')이 유로를 가질 수도 있다. 상기 요철은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 공기 또는 연료를 효과적으로 통과시킬 수 있는 형태라면 그 형태에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 상기 집전체 또한 공기극과 연료극 각각에 대하여 효과적인 전기적 연결이 가능하며, 고온에서도 변형이 쉽게 일어나지 않아 고체산화물 연료전지에 바람직하게 적용될 수 있는 물질이라면 그 종류에 대하여 특별히 한정하지 않는다.
5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a unit cell according to the present invention. As shown in FIG. 5, a unit cell 100 ′ that can be preferably applied to the present invention includes a cell 10 ′ and a separator 30 ′ provided above and below the cell 10 ′. In addition, the cathode current collector 42 'and the anode current collector 40' are preferably provided on the cathode side and the anode side so that the electrical connection between the cell 10 'and the separator 30' is smooth. The separation plate 30 'may have a flat plate shape, and a member having a flow path may be coupled thereon, but the separation plate 30' may be processed by processing the separation plate 30 'itself to have a concave-convex shape. It may have a flow path. The unevenness may have various forms, and any form that may effectively pass air or fuel is not particularly limited. The current collector is also capable of an effective electrical connection to each of the air electrode and the fuel electrode, and if the material does not easily deform even at high temperatures can be preferably applied to a solid oxide fuel cell is not particularly limited in its kind.

한편, 상기 단위 전지는 분리판(30')과 분리판(30') 또는 분리판(30')과 셀 프레임(20')을 연결하는 매니폴드 밀봉재(50')와, 셀 프레임(20')과 셀(10')간을 연결하는 셀 밀봉재(60')가 구비될 수 있으며, 상기 밀봉재는 공기와 연료가 혼합되지 않도록 하는 역할을 수행한다.
Meanwhile, the unit battery includes a manifold seal member 50 'connecting the separator 30' and the separator 30 'or the separator 30' and the cell frame 20 ', and the cell frame 20'. ) May be provided with a cell sealing material 60 'connecting the cells 10', and the sealing material serves to prevent mixing of air and fuel.

도 6은 본 발명에 따른 연료 전지의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명 연료 전지(1000')의 일 실시형태는 여러 개의 단위전지가 적층되어 스택을 형성하고, 상기 스택의 상하부에는 각각 상부 엔드판(200')과 하부 엔드판(300')이 결합된다. 본 발명의 연료전지는 상기 엔드판과 스택 사이에 하나 이상의 더미 분리판(500')이 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 연료 전지 내에 더미 분리판을 구비함으로써, 스택 내에 작용하는 면압 집중 현상을 완화시켜 스택 안정성을 향상시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 셀의 상부 및 하부가 상대적으로 두꺼운 엔드판과 직접 접촉하는 것을 피하고, 엔드판에 비하여 상대적으로 얇은 더미 분리판을 삽입시켜 셀과 접촉하도록 함으로써, 면압 분포를 일정하게 한다. 이러한 더미 분리판은 적어도 하나 이상 구비되는 것이 바람직하며, 그 수가 많을수록 보다 바람직하다. 다만, 과도하게 많을 경우에는 효과 대비 경제적이 떨어지게 되므로, 스택의 두께, 스택 내 단위 전지의 수, 분리판의 재질 등을 고려하여 적정 수의 더미 분리판을 사용하는 것이 바람직하다.
6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell according to the present invention. As shown in FIG. 6, in one embodiment of the fuel cell 1000 ′ of the present invention, a plurality of unit cells are stacked to form a stack, and an upper end plate 200 ′ and a lower end plate (above and below) of the stack are respectively formed. 300 ') is combined. In the fuel cell of the present invention, at least one dummy separator 500 ′ is provided between the end plate and the stack. In this way, by providing the dummy separator in the fuel cell, the surface pressure concentration phenomenon acting in the stack can be alleviated to improve stack stability. More specifically, the surface pressure distribution is made constant by avoiding direct contact of the upper and lower portions of the cell with the relatively thick end plates and by inserting relatively thin dummy separator plates in contact with the cells compared to the end plates. It is preferable that at least one dummy separation plate is provided, and the larger the number is, the more preferable. However, when excessively large, the economical efficiency is inferior. Therefore, an appropriate number of dummy separators is preferably used in consideration of the thickness of the stack, the number of unit cells in the stack, the material of the separator, and the like.

한편, 상기 더미 분리판은 스택 내 분리판과 동일한 형태 또는 재질인 것이 바람직하다. 물론, 더미 분리판과 스택에 포함되는 분리판은 다른 형태를 가지거나 다른 재질일 수 있다. 그러나, 이와 같은 경우에는 연료전지 제조시 상기 분리판과 더미 분리판이 받는 하중이 상이할 수 있어 스택 안정성을 안정적으로 확보하기 곤란할 수 있다. 또한, 연료전지 가동시에는 높은 온도에 의해 열변형을 받게 되는데, 상기 분리판과 더미 분리판이 다른 형태이거나 다른 재질일 경우에는 그 변형량이 상이할 수 있으므로, 연료전지의 사용수명이 단축될 수 있다. 나아가, 상기 분리판과 더미 분리판을 각각 제조해야 하기 때문에, 생산성이 저하되고 제조 비용이 증가할 수 있는 단점이 있다. 따라서, 안정적인 스택안정성을 확보하고, 경제성을 향상시키기 위해서는 상기 분리판과 더미 분리판은 동일한 형태 또는 재질인 것이 바람직하다.
On the other hand, the dummy separator is preferably the same shape or material as the separator in the stack. Of course, the dummy separator and the separator included in the stack may have different shapes or different materials. However, in such a case, the load received by the separator and the dummy separator may be different during manufacturing of the fuel cell, and thus it may be difficult to stably secure the stack stability. In addition, the fuel cell is subjected to thermal deformation due to a high temperature when the fuel cell is operated. When the separation plate and the dummy separation plate are different shapes or materials, the deformation amount may be different, and thus the service life of the fuel cell may be shortened. . Furthermore, since the separation plate and the dummy separation plate must be manufactured, there is a disadvantage in that productivity may decrease and manufacturing cost may increase. Therefore, in order to secure stable stack stability and improve economic efficiency, the separator and the dummy separator are preferably the same shape or material.

한편, 더미 분리판에는 분리판과 같이 셀 프레임을 구비시킬 수도 있으나, 이는 비용이 상승하게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 더미 분리판에는 셀 프레임을 구비시키지 않는 것이 바람직하다.
On the other hand, the dummy separator may be provided with a cell frame like a separator plate, but this causes a problem that the cost increases. Therefore, as shown in Figure 6, it is preferable that the dummy separator is not provided with a cell frame.

전술한 바와 같이, 연료전지에 삽입되는 상기 더미 분리판은 연료 전지의 구동을 위해 스택 내부에서 발생한 전기를 상부 및 하부 엔드판까지 직렬로 연결시켜 주어야 한다. 따라서, 상기 더미 분리판이 2개 이상일 경우에는 상기 더미 분리판 간의 전기적 접촉을 향상시킴과 동시에 기계적 접촉 안정성을 향상시키기 위하여, 상기 더미 분리판의 사이에 집전체(600')가 구비되는 것이 바람직하다.
As described above, the dummy separator inserted into the fuel cell should connect the electricity generated in the stack to the upper and lower end plates in series to drive the fuel cell. Therefore, when there are two or more dummy separators, it is preferable that a current collector 600 ′ is provided between the dummy separators in order to improve electrical contact between the dummy separators and to improve mechanical contact stability. .

상기 집전체의 재질에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 일반적으로 공기극 집전체의 경우에는 연료극 집전체에 비하여 전기적 특성이나 기계적 특성이 떨어질 뿐 아니라 경제적으로도 비용이 많이 소요된다. 따라서, 상기 집전체로는 연료극 집전체과 동일한 재질을 사용될 수 있으며, 대표적으로는 기계적 특성이 우수한 뿐만 아니라 가격경쟁력도 우수한 Ni-form과 같은 Ni계를 사용할 수 있다.
The material of the current collector is not particularly limited, but in general, in the case of the cathode current collector, the electrical current and mechanical properties are not as low as those of the anode current collector, and are economically expensive. Therefore, the same material as that of the anode current collector may be used as the current collector, and typically, Ni-based alloys such as Ni-form having excellent mechanical properties and excellent price competitiveness may be used.

그러나, 상기 집전체는 산화가 쉽게 일어나는 단점이 있다. 따라서, 집전체가 구비되는 상기 더미 분리판 사이에는 공기가 유입되지 않도록 하거나, 환원분위기를 유지할 필요가 있다. 하지만, 공기가 유입되지 않도록 더미 분리판에 구비되는 매니폴드 홀의 주위를 밀봉재를 이용하여 완전 밀폐하는 경우에는 초기 적층단계에서 잔류하는 잔류산소로 인하여 산화가 발생할 수 있다. 또한, 상기 잔류산소로 인하여 더미 분리판 사이에 갇혀진 산소는 열이 가해질 경우 팽창하게 되어 더미 분리판의 변형을 초래할 수 있다. 환원분위기를 유지하기 위하여 수소를 포함하는 연료를 공급할 경우에는 상기 더미분리판 내에 셀이 구비되지 않으므로, 연료가 낭비되게 되는 문제가 있다. 즉, 연료가 반응에 참여하지 않게 되기 때문에 스택 전체의 연료 이용률이 낮아지게 되는 것이다.
However, the current collector has a disadvantage in that oxidation easily occurs. Therefore, it is necessary to prevent air from flowing in between the dummy separation plates provided with the current collector or to maintain a reducing atmosphere. However, when the air is completely sealed around the manifold hole provided in the dummy separation plate using a sealing material so that air does not flow in, oxidation may occur due to residual oxygen remaining in the initial lamination step. In addition, oxygen trapped between the dummy separator due to the residual oxygen is expanded when heat is applied may cause deformation of the dummy separator. When supplying a fuel containing hydrogen in order to maintain a reducing atmosphere, the cell is not provided in the dummy separator, and thus there is a problem that fuel is wasted. That is, since the fuel does not participate in the reaction, the fuel utilization of the entire stack is lowered.

따라서, 본 발명의 고체산화물 연료전지는 하기 설명하는 바와 같은 구성요소를 포함한다.
Accordingly, the solid oxide fuel cell of the present invention includes the components as described below.

도 7은 본 발명 더미 분리판의 일례를 모식적으로 나타낸 평면도이다. 도 7에 나타난 바와 같이 본 발명에 적용되는 더미 분리판(500')은 공기 투입 매니폴드 홀(510'), 연료 투입 매니폴드 홀(520'), 공기 배출 매니폴드 홀(530') 및 연료 배출 매니폴드 홀(540')을 구비한다. 이 때, 더미 분리판(500') 사이에 산소가 침투되어 집전체가 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 공기 투입 매니폴드 홀(510')과 공기 배출 매니폴드 홀(530')은 그 주위가 밀봉재(550')로 밀봉되는 것이 바람직하다. 또한, 연료의 낭비를 방지하기 위해서 상기 연료 투입 매니폴드 홀(520') 또한 그 주위가 밀봉재(550')로 밀봉되는 것이 바람직하다. 이 때, 투입되는 연료와 공기가 더미 분리판(500') 사이로 유입되는 것을 방지할 수 있다면 상기 밀봉재(550')의 형태와 재질 및 그 위치에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
7 is a plan view schematically showing an example of the dummy separator of the present invention. As shown in FIG. 7, the dummy separator 500 ′ applied to the present invention includes an air manifold hole 510 ′, a fuel manifold hole 520 ′, an air discharge manifold hole 530 ′, and a fuel. A discharge manifold hole 540 '. At this time, in order to prevent oxygen from penetrating between the dummy separating plate 500 'and oxidizing the current collector, the air inlet manifold hole 510' and the air outlet manifold hole 530 'are surrounded by the surroundings. It is preferable to seal with the sealing material 550 '. In addition, in order to prevent waste of fuel, the fuel injection manifold hole 520 'and its surroundings are preferably sealed with a sealing material 550'. At this time, if the fuel and air to be introduced can be prevented from flowing between the dummy separator 500 ', the shape, material and position of the sealant 550' is not particularly limited.

한편, 상기와 같이 밀봉되는 매니폴드 홀과는 다르게, 연료가 배출되는 매니폴드 홀 즉, 연료 배출 매니폴드 홀(540')은 그 주위에 밀봉재가 구비되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 셀 내에 투입되어 반응한 뒤 배출되는 연료(수소)가 더미 분리판 사이로 유입되도록 하는 것이다. 이를 통해, 집전체가 구비되는 더미 분리판 사이의 공간은 환원 분위기를 형성하게 되어 연료 이용률의 저감없이도 집전체의 산화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 더미 분리판 사이의 공간은 밀폐되지 않고 개방되게 되므로 완전 밀폐에 따른 문제점을 해소할 수 있다.
On the other hand, unlike the manifold hole is sealed as described above, the fuel discharge manifold hole, that is, the fuel discharge manifold hole 540 'is preferably not provided with a sealing material around it. In other words, the fuel (hydrogen) discharged after being introduced into the cell and reacted is introduced into the dummy separator plate. As a result, the space between the dummy separators provided with the current collector forms a reducing atmosphere, thereby preventing oxidation of the current collector without reducing fuel utilization. Furthermore, since the space between the dummy separation plates is opened without being sealed, the problem caused by full sealing can be solved.

10, 10' : 셀 12 : 연료극
14 : 전해질 16 : 공기극
20, 20' : 셀 프레임 22, 22a, 22b : 매니폴드
30, 30' : 분리판 32, 32a, 32b : 매니폴드
34 : 유로 40' : 연료극 집전체
42' : 공기극 집전체 50' : 매니폴드 밀봉재
60' : 셀 프레임 밀봉재 100, 100' : 단위 전지
200, 200' : 상부 엔드판 300, 300' : 하부 엔드판
400 : 스택 500' : 더미 분리판
510' : 공기 투입 매니폴드 홀 520' : 연료 투입 매니폴드 홀
530' : 공기 배출 매니폴드 홀 540' : 연료 배출 매니폴드 홀
550' : 밀봉재 600' : 집전체
1000, 1000' : 연료전지10, 10 ': cell 12: fuel electrode
14 electrolyte 16 air cathode
20, 20 ': Cell frame 22, 22a, 22b: Manifold
30, 30 ': Separator 32, 32a, 32b: Manifold
34: Euro 40 ': anode collector
42 ': cathode collector 50': manifold sealant
60 ': cell frame sealing material 100, 100': unit cell
200, 200 ': upper end plate 300, 300': lower end plate
400: stack 500 ': dummy separator
510 ': air injection manifold hole 520': fuel injection manifold hole
530 ': air exhaust manifold hole 540': fuel exhaust manifold hole
550 ': Sealant 600': Current collector
1000, 1000 ': fuel cell

Claims (4)

상부 및 하부 엔드판;
상부 및 하부 엔드판 사이에 구비되는 연료전지 스택;
상기 연료전지 스택과 상부 및 하부 엔드판 사이에 구비되어 상기 스택 내 면압분포를 일정하게 하는 2개 이상의 더미 분리판; 및
상기 더미 분리판 사이에 구비되는 집전체를 포함하고,
상기 더미 분리판은 공기 투입 매니폴드 홀, 연료 투입 매니폴드 홀, 공기 배출 매니폴드 홀 및 연료 배출 매니폴드 홀을 구비하며,
상기 공기 투입 매니폴드 홀, 연료 투입 매니폴드 홀 및 공기 배출 매니폴드 홀은 상기 더미분리판 사이로 공기 및 연료가 유입되지 않도록 그 주위에 밀봉재가 구비되는 고체산화물 연료전지.
Upper and lower end plates;
A fuel cell stack provided between upper and lower end plates;
Two or more dummy separation plates provided between the fuel cell stack and upper and lower end plates to make the surface pressure distribution in the stack constant; And
It includes a current collector provided between the dummy separator plate,
The dummy separator plate has an air input manifold hole, a fuel input manifold hole, an air discharge manifold hole and a fuel discharge manifold hole,
And the air inlet manifold hole, the fuel inlet manifold hole, and the air outlet manifold hole are provided with a sealing material therebetween so that air and fuel do not flow between the dummy separator plates.
청구항 1에 있어서,
상기 더미 분리판은 요철 형태인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
The method according to claim 1,
The dummy separator is a solid oxide fuel cell, characterized in that the irregular shape.
청구항 1에 있어서,
상기 더미 분리판은 상기 스택에 포함된 분리판과 동일한 형태 또는 재질을 갖는 고체산화물 연료전지.
The method according to claim 1,
The dummy separator is a solid oxide fuel cell having the same shape or material as the separator included in the stack.
청구항 1에 있어서,
상기 집전체는 Ni계인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.The method according to claim 1,
The current collector is a solid oxide fuel cell, characterized in that the Ni-based.
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