KR20220070694A - Separator module for solid oxide fuel cell and stack comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a separator module for solid oxide fuel cell capable of reducing a processing cost by simplifying a structure of a cell frame without using a separation plate and a cell frame in an existing 3D complicated structure, and improving performance of a fuel cell by compensating a thickness of a battery cell and including a guide for placing the battery cell, and a stack including the same. The separator module for solid oxide fuel cell comprises: a cell frame formed therein with a center opening portion to expose a top surface and a bottom surface of a battery cell, and including a plurality of layers forming a cell frame fuel entrance and a cell frame air entrance at an edge region, and at least one of the layers forming a corner pocket for fixing and supporting the battery cell to be located at the center opening portion; and a separation plate located at an upper portion of the cell frame and including a separation plate fuel entrance and a separation plate air entrance corresponding to the cell frame fuel entrance and the cell frame air entrance. A lower surface of the separation plate opposed to a top surface of the cell frame includes a plurality of ribs and an air flow path providing portion. An upper surface of the separation plate includes a fuel flow path providing portion.

Description

고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택{SEPARATOR MODULE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL AND STACK COMPRISING THE SAME}Separator module for solid oxide fuel cell and stack for fuel cell including same

본 발명은 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a separator module for a solid oxide fuel cell and a fuel cell stack including the same.

연료전지는 공기극에 산소가 공급되고 연료극에 연료가스가 공급되어 물의 전기분해 역반응(reverse reaction) 형태의 전기화학 반응이 진행되면서 전기, 열 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않고 고효율로 전기를 생성한다. 특히 3세대 연료전지로 각광받고 있는 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 전해질이 치밀구조의 고체 금속 산화물이고 산소 이온이 공기극에서 연료극으로 수송(transported)되는 연료전지의 유형으로, 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않고 직접 내부 개질(internal reforming)을 통한 다양한 연료 이용이 가능하며 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다. 이러한 장점으로 인해 SOFC에 관한 연구는 미국, 일본 등을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.In a fuel cell, oxygen is supplied to the cathode and fuel gas is supplied to the anode, and an electrochemical reaction in the form of a reverse reaction of electrolysis of water proceeds to generate electricity, heat, and water, thereby generating electricity with high efficiency without causing pollution do. In particular, the solid oxide fuel cell (SOFC), which has been spotlighted as a third-generation fuel cell, is a type of fuel cell in which the electrolyte is a solid metal oxide with a dense structure and oxygen ions are transported from the cathode to the anode. Because it operates in the , it does not require a noble metal catalyst, and can use various fuels through direct internal reforming. Due to these advantages, research on SOFC is being actively conducted mainly in the United States and Japan.

고체산화물 연료전지 스택으로는 단위전지를 서로 연결시키는 접속자(interconnect)의 형태에 따라 원통형, 평관형, 평판형 등의 셀의 형태에 따라 반복적으로 구성요소가 적층된 구조(repeating component type)와 하나의 매니폴드 또는 구조물에 접합되어 있는 구조(Non-repeating type)로 구분된다. 평판형 SOFC에는 연료간의 혼합을 막고 단위전지 내의 구성요소 사이의 접합을 위해 실링재의 개발이 필수적이다. 적층되는 구성요소로는 평판형 타입의 셀, 분리판, 셀 프레임, 집전체, 밀봉재가 있으며 이를 순차적으로 적층한 형태가 일반적이다. 평판형 SOFC 스택의 분리판과 셀 프레임은 상하의 연료와 공기의 흐름을 분리함과 동시에 셀 사이를 직렬 회로로 연결해주는 역할로서 주로 SU400계, SU300계 소재가 사용되고 있다. 밀봉재는 마이카, 글라스 또는 마이카와 글라스 하이브리드 형태가 사용되고 있으나 마이카 사용 시 높은 압력조건이 요구되어 현재 대부분 글라스 밀봉재가 이용되며, 이는 주로 셀, 음극, 양극부분의 밀봉을 수행한다.As a solid oxide fuel cell stack, there is a structure in which components are repeatedly stacked depending on the shape of the cell such as cylindrical, flat tube, and plate type according to the shape of the interconnects that connect the unit cells to each other (repeating component type) and one It is classified into a structure (non-repeating type) connected to a manifold or structure of The development of a sealing material is essential to prevent mixing between fuels and to bond between components in a unit cell in a flat-panel SOFC. The stacked components include a plate-type cell, a separator, a cell frame, a current collector, and a sealing material, and it is common to sequentially stack them. The separator plate and cell frame of the flat-panel SOFC stack separate the flow of fuel and air at the top and bottom, and at the same time connect the cells in a series circuit, and SU400-based and SU300-based materials are mainly used. Mica, glass, or a hybrid of mica and glass is used as the sealing material, but high pressure conditions are required when using mica, so glass sealing material is currently mostly used, which mainly seals the cell, cathode and anode parts.

연료전지 스택은 금속소재인 분리판과 셀 그리고 글라스 밀봉재의 접합으로 구성되고, 고온 접합과 열 충격 실험 시 서로 다른 열팽창계수로 인한 가스 누설문제와 물리적 충격으로 인한 글라스의 취성문제로 스택의 내구성을 좌우하는 결정적인 문제가 있다. 특히 SOFC의 가동 조건으로 인해 양극 밀봉재는 음극 밀봉재에 비해 가혹한 환경에서 구동되는데, 예를 들면 연료전지 스택의 용량/적층 셀 수 증가에 따라 양 극의 공기유량은 음극의 연료가스 유량에 비해 다량의 가스가 흐르게 되고 이는 분당 수십 내지 수백 리터까지 흐를 수 있다. 따라서 양극에 많은 가스유량이 흐르게 되면서 직접적으로 양극 밀봉재에 온도편차와 높은 압력, 운전정지와과 같은 가혹한 환경에 노출되어 취약한 글라스 밀봉재가 손상되기도 한다.The fuel cell stack is composed of a metal separator, a cell, and a glass sealing material. During high-temperature bonding and thermal shock tests, the durability of the stack is improved due to gas leakage due to different coefficients of thermal expansion and brittleness of glass due to physical impact. There is a crucial issue that governs. In particular, due to the operating conditions of the SOFC, the anode sealant operates in a harsher environment than the cathode sealant. The gas flows, which can flow from tens to hundreds of liters per minute. Therefore, as a large amount of gas flows through the anode, the glass sealant is damaged by directly being exposed to harsh environments such as temperature deviation, high pressure, and operation stop on the anode sealant.

현재 기계적 강도가 높은 금속지지형 셀을 이용하여 글라스 밀봉재 대신 셀을 분리판에 용접 또는 브레이징을 통하여 직접적으로 접합하는 방식을 통해 글라스 밀봉재를 최소화 하려는 연구를 진행하고 있으나 셀에 직접적인 브레이징 접합 시 전기적 쇼트문제, 금속과 세라믹의 이종접합 용이성의계면의 불안정성 문제, 그리고 음극지지형 셀보다 비교적 낮은 성능으로 인해 대면적/대용량 스택을 제작하기에 적합하지 않다. Currently, research is being carried out to minimize the glass sealing material by directly bonding the cell to a separator through welding or brazing instead of the glass sealing material using a metal-supported cell with high mechanical strength. It is not suitable for fabricating large-area/large-capacity stacks due to problems, interfacial instability problems of the ease of heterojunction between metals and ceramics, and comparatively lower performance than cathode-supported cells.

대한민국 공개특허 2010-0029331는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 개시한다. 그러나 이는 세라믹 셀과 중공부가 형성된 금속지지체를 분리판에 직접 브레이징 접합한 연료전지로, 전기적쇼트, 이종 접합의 문제가 생길 수 있으며, 대면적/대용량의 연료전지 구현에 기술적 어려움이 있다. 또한 양극 분리판의 절연이 필수적으로 글라스 또는 마이카 소재의 밀봉재를 사용하는 한계점이 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2010-0029331 relates to a solid oxide fuel cell, and discloses a metal support type solid oxide fuel cell. However, since this is a fuel cell in which a ceramic cell and a metal support having a hollow part are directly brazed to a separator, problems of electric short and heterogeneous bonding may occur, and there is a technical difficulty in realizing a large-area/large-capacity fuel cell. In addition, there is a limitation in that a sealing material made of glass or mica is essential for insulation of the positive electrode separator.

따라서 고체산화물 연료전지의 양극 밀봉기술의 한계를 극복하고 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a fuel cell stack with improved structural stability and overcoming the limitations of the anode sealing technology of the solid oxide fuel cell.

대한민국 공개특허 2010-0029331Republic of Korea Patent Publication 2010-0029331

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 3차원의 복잡한 구조로 제작된 분리판과 셀 프레임을 이용하지 않고, 셀 프레임의 구조를 단순화함으로써 셀 프레임의 가공비용을 저감하고, 전지 셀의 두께를 보상하고 전지 셀이 안착되기 위한 가이드를 구비함으로써, 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the processing cost of the cell frame and compensate for the thickness of the battery cell by simplifying the structure of the cell frame without using the conventional separator and cell frame manufactured with a three-dimensional complex structure. and to provide a separator module for a solid oxide fuel cell capable of improving the performance of the fuel cell by having a guide for mounting the battery cell thereon, and a fuel cell stack including the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈에 있어서, 전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 동시에 절연성 셀가이드가 안착되는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판을 포함하되, 상기 셀 프레임의 상면과 대향하는 상기 분리판의 하부면은, 복수의 립(rib)들과, 공기 유로 제공부를 포함하고, 상기 분리판의 상부면은, 연료 유로 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈을 제공한다.In order to achieve the above technical object, in an embodiment of the present invention, in a separator module for a solid oxide fuel cell, a central opening through which the centers of the upper and lower surfaces of the battery cell can be exposed is formed, and the cell frame fuel is formed in the edge region. It includes a plurality of layers forming an inlet and an air outlet of the cell frame, wherein at least one of the layers forms a corner pocket in which the insulating cell guide is seated while being fixedly supported so that the battery cell is positioned in the central opening. a cell frame that is positioned above the cell frame and includes a separator including a separator fuel inlet and a separator air inlet and inlet corresponding to the cell frame fuel inlet and inlet and outlet of the cell frame, wherein the separator includes the cell frame. Solid oxide, characterized in that the lower surface of the separator opposite to the upper surface of the frame includes a plurality of ribs and an air passage providing portion, and the upper surface of the separator includes a fuel passage providing portion A separator module for fuel cells is provided.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이어들은, 상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와, 상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the layers include a spacer including the corner pocket formed in a corner region of the central opening in which the corner of the battery cell is placed, and on the upper portion of the spacer in a state bonded to the spacer. It is laminated, without a configuration corresponding to the corner pockets, and may include a support plate in which an edge region of the central opening is formed to cover the edge of the battery cell.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 프레임 연료출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 연료출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 연료출입부를 포함하고, 상기 셀 프레임 공기출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 공기출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 공기출입부를 포함하며, 상기 스페이서는, 상기 스페이서 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 스페이서 섹션들과, 상기 스페이서 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 스페이서 섹션들을 포함하고, 상기 지지판은, 상기 지지판 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 지지판 섹션들과, 상기 지지판 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 지지판 섹션들을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cell frame fuel in/out unit includes a spacer fuel inlet/outlet formed on the spacer and a support plate fuel inlet/outlet formed on the support plate, and the cell frame air inlet/out unit includes a spacer formed in the spacer. an air intake unit and an air intake unit formed on the support plate, wherein the spacer includes: a plurality of first spacer sections having the spacer air intake portion formed thereon and facing each other; and second spacer sections of the support plate, wherein the support plate includes a plurality of first support plate sections facing each other and provided with the support plate air inlet portion, and a plurality of second support plate sections having the support plate fuel inlet portion formed and facing each other can do.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 각 제1 지지판 섹션의 폭(width)은 상기 각 제1 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되고, 상기 각 제2 지지판 섹션의 폭은 상기 각 제2 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the width of each first support plate section is formed to be greater than the width of each first spacer section, and the width of each second support plate section is the width of each second spacer section. can be made larger.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 립들은, 상기 각 분리판 공기출입부의 일측에 형성되고, 상기 각 분리판 공기출입부로부터 출입하는 공기가 상기 전지 셀의 양극으로 공급되도록 서로 소정의 간격 거리로 이격되어 형성되고, 상기 공기 유로 제공부는, 상기 립들을 통과한 공기가 상기 분리판 공기출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of ribs are formed on one side of each separator air inlet, and a predetermined distance from each other so that air flowing in and out from each separator air inlet is supplied to the positive electrode of the battery cell It is formed to be spaced apart by a distance, and the air flow path providing unit may guide the air passing through the ribs to enter and exit through the air inlet/outlet of the separator.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기 유로 제공부는, 서로 대향하는 위치에 형성되는 상기 분리판 공기출입부들 사이에 배치되고, 상기 공기 유로 제공부는, 상기 분리판 공기출입부들 사이에 제1 방향의 공기 유로를 제공하기 위해 제1 격벽들이 형성되는 제1 격벽 패턴부와, 상기 제1 격벽들의 일측에 배치되고, 상기 제1 격벽들 각각과 소정 간격만큼 교차하도록 제2 격벽들이 배열되는 제2 격벽 패턴부를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the air flow path providing unit is disposed between the air inlets and inlets of the separation plate formed at positions opposite to each other, and the air flow path providing unit includes: A first barrier rib pattern portion in which first barrier ribs are formed to provide an air flow path, and a second barrier rib disposed at one side of the first barrier ribs and in which second barrier ribs are arranged to cross each of the first barrier ribs by a predetermined distance It may include a pattern part.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연료 유로 제공부는, 상기 분리판 연료출입부로부터 출입하는 연료가 상기 전지 셀의 연료극으로 출입할 수 있도록 가이드할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fuel flow path providing unit may guide the fuel entering and exiting from the fuel inlet and outlet of the separator to enter and exit the fuel electrode of the battery cell.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기 유로 제공부는, 상기 분리판 공기출입부를 통해 공기가 출입할 수 있도록 제1 방향의 공기 유로를 제공하고, 상기 연료 유로 제공부는, 상기 분리판 연료출입부들 사이에 배치되어, 상기 제1 방향과 수직하는 방향인 제2 방향의 연료 유로를 제공하기 위한 제3 격벽들이 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the air flow path providing unit provides an air flow path in a first direction to allow air to enter and exit through the separation plate air inlet, and the fuel flow path providing unit may include: Third barrier ribs for providing a fuel flow path in a second direction, which is a direction perpendicular to the first direction, may be arranged.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와, 상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, located in the central opening of the cell frame, the positive electrode current collector positioned between the upper surface of the battery cell exposed to the central opening of the cell frame and the separator, and the exposed battery cell It may further include a negative electrode current collector in contact with the lower surface of the.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 고체산화물 연료전지용 스택에 있어서, 양극, 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 전지 셀과, 상기 전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 동시에 셀가이드가 안착되는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판과, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와, 상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 측면을 둘러싸며, 상기 셀 프레임의 아래에 위치하는 음극 밀봉재 층과, 상기 셀 프레임의 위에 위치하는 양극 밀봉재 층을 포함하되, 상기 셀 프레임의 상면과 대향하는 상기 분리판의 하부면은, 복수의 립(rib)들과, 공기 유로 제공부를 포함하고, 상기 분리판의 상부면은, 연료 유로 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택을 제공한다.In order to achieve the above technical object, another embodiment of the present invention provides a stack for a solid oxide fuel cell, a battery cell including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode, and an upper surface of the battery cell; a plurality of layers forming a central opening through which the center of the lower surface can be exposed, and forming a cell frame fuel inlet and a cell frame air inlet and outlet in an edge region, wherein at least one of the layers is formed in the central opening A cell frame that forms a corner pocket on which the cell guide is seated while being fixedly supported so that the battery cell is positioned, and located above the cell frame, is separated from the fuel inlet and the air inlet of the cell frame A separator comprising a plate fuel inlet and outlet and an air inlet and outlet of the separator, and a cathode collector positioned in the central opening of the cell frame and positioned between the separator and the upper surface of the battery cell exposed to the central opening of the cell frame The entirety, a negative electrode current collector in contact with the exposed lower surface of the battery cell, a negative electrode sealing material layer surrounding the side surface of the negative electrode current collector, located below the cell frame, and a positive electrode sealing material layer located above the cell frame Including, wherein a lower surface of the separator plate opposite to the upper surface of the cell frame includes a plurality of ribs and an air passage providing part, and an upper surface of the separator includes a fuel passage providing part It provides a stack for a solid oxide fuel cell, characterized in that.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이어들은, 상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와, 상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판과, 상기 스페이서와 상기 지지판 사이에 배치되어, 상기 스페이서와 상기 지지판을 접합하는 셀 프레임 접합층을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the layers include a spacer including the corner pocket formed in a corner region of the central opening in which the corner of the battery cell is placed, and on the upper portion of the spacer in a state bonded to the spacer. A support plate stacked and having an edge region of the central opening to cover the edge of the battery cell without a configuration corresponding to the corner pocket, and disposed between the spacer and the support plate, bonding the spacer and the support plate It may include a cell frame bonding layer.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 프레임 연료출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 연료출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 연료출입부를 포함하고, 상기 셀 프레임 공기출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 공기출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 공기출입부를 포함하며, 상기 스페이서는, 상기 스페이서 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 스페이서 섹션들과, 상기 스페이서 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 스페이서 섹션들을 포함하고, 상기 지지판은, 상기 지지판 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 지지판 섹션들과, 상기 지지판 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 지지판 섹션들을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cell frame fuel in/out unit includes a spacer fuel inlet/outlet formed on the spacer and a support plate fuel inlet/outlet formed on the support plate, and the cell frame air inlet/out unit includes a spacer formed in the spacer. an air intake unit and an air intake unit formed on the support plate, wherein the spacer includes: a plurality of first spacer sections having the spacer air intake portion formed thereon and facing each other; and second spacer sections of the support plate, wherein the support plate includes a plurality of first support plate sections facing each other and provided with the support plate air inlet portion, and a plurality of second support plate sections having the support plate fuel inlet portion formed and facing each other can do.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 각 제1 지지판 섹션의 폭(width)은 상기 각 제1 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되고, 상기 각 제2 지지판 섹션의 폭은 상기 각 제2 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the width of each first support plate section is formed to be greater than the width of each first spacer section, and the width of each second support plate section is the width of each second spacer section. can be made larger.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 립들은, 상기 각 분리판 공기출입부의 일측에 형성되고, 상기 각 분리판 공기출입부로부터 출입하는 공기가 상기 전지 셀의 양극으로 공급되도록 서로 소정의 간격 거리로 이격되어 형성되고, 상기 공기 유로 제공부는, 상기 립들을 통과한 공기가 상기 분리판 공기출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of ribs are formed on one side of each separator air inlet, and a predetermined distance from each other so that air flowing in and out from each separator air inlet is supplied to the positive electrode of the battery cell It is formed to be spaced apart by a distance, and the air flow path providing unit may guide the air passing through the ribs to enter and exit through the air inlet/outlet of the separator.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기 유로 제공부는, 서로 대향하는 위치에 형성되는 상기 분리판 공기출입부들 사이에 배치되고, 상기 공기 유로 제공부는, 상기 분리판 공기출입부들 사이에 제1 방향의 공기 유로를 제공하기 위해 제1 격벽들이 형성되는 제1 격벽 패턴부와, 상기 제1 격벽들의 일측에 배치되고, 상기 제1 격벽들 각각과 소정 간격만큼 교차하도록 제2 격벽들이 배열되는 제2 격벽 패턴부를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the air flow path providing unit is disposed between the air inlets and inlets of the separation plate formed at positions opposite to each other, and the air flow path providing unit includes: A first barrier rib pattern portion in which first barrier ribs are formed to provide an air flow path, and a second barrier rib disposed at one side of the first barrier ribs and in which second barrier ribs are arranged to cross each of the first barrier ribs by a predetermined distance It may include a pattern part.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연료 유로 제공부는, 상기 분리판 연료출입부로부터 출입하는 연료가 상기 전지 셀의 연료극으로 출입할 수 있도록 가이드할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fuel flow path providing unit may guide the fuel entering and exiting from the fuel inlet and outlet of the separator to enter and exit the fuel electrode of the battery cell.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기 유로 제공부는, 상기 분리판 공기출입부를 통해 공기가 출입할 수 있도록 제1 방향의 공기 유로를 제공하고, 상기 연료 유로 제공부는, 상기 분리판 연료출입부들 사이에 배치되어, 상기 제1 방향과 수직하는 방향인 제2 방향의 연료 유로를 제공하기 위한 제3 격벽들이 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the air flow path providing unit provides an air flow path in a first direction to allow air to enter and exit through the separation plate air inlet, and the fuel flow path providing unit may include: Third barrier ribs for providing a fuel flow path in a second direction, which is a direction perpendicular to the first direction, may be arranged.

본 발명의 실시예에 따르면, 셀 프레임의 구조를 단순화함으로써 셀 프레임의 가공비용을 저감하고, 전지 셀의 두께를 보상하고 전지 셀이 안착되기 위한 가이드를 구비함으로써, 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.분리판과 셀프레임의 가공 오차에 의해 생기는 셀의 집전저항 및 밀봉성능의 편차를 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the performance of the fuel cell can be improved by reducing the processing cost of the cell frame by simplifying the structure of the cell frame, compensating for the thickness of the battery cell, and providing a guide for mounting the battery cell. There is. It is possible to minimize the deviation of the current collecting resistance and sealing performance of the cell caused by the processing error of the separator and the cell frame.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, but it should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the description or claims of the present invention.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택의 분해도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 분해도를 도시한 것이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 전지 셀과 대향하는 분리판의 일면(하부면)을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판의 타면(상부면)을 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 스페이서를 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 지지판을 도시한 도면이다.1 is an exploded view of a stack for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded view of a separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing one surface (lower surface) of a separator facing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the other surface (upper surface) of the separator according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a spacer of a cell frame according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a support plate of a cell frame according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, coupled)” with another part, it is not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택의 분해도이다.1 is an exploded view of a stack for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 고체산화물 연료전지란, 3세대 연료전지로 불리며 산소 또는 수소 이온전도성을 띄고 고온(700℃ 내지 1000℃)에서 작동하는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지이다. 일반적인 SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극부(양극부) 및 연료극부(음극부)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이 때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시킨다. 고체산화물 연료전지의 가동 조건으로 인해 양극 밀봉재는 음극 밀봉재에 비해 스택의 용량/적층 셀 수 증가에 따라 양극의 공기유량이 증가하는 등의 가혹한 환경에서 구동되는데, 본 발명의 고체산화물 스택은 양극 밀봉재의 내구성을 증가시켜 연료전지 효율을 증가시키고자 한다.The solid oxide fuel cell of the present invention, called a third-generation fuel cell, is a fuel cell that uses a solid oxide as an electrolyte that has oxygen or hydrogen ion conductivity and operates at a high temperature (700° C. to 1000° C.). A typical SOFC consists of an oxygen ion conductive electrolyte and a cathode (anode) and an anode (cathode) positioned on both sides of the electrolyte. Oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen at the cathode move to the anode through the electrolyte and react with hydrogen supplied to the anode to generate water. At this time, electrons are generated at the anode and electrons are consumed at the cathode. Two electrodes are connected to each other to generate an electric current. Due to the operating conditions of the solid oxide fuel cell, the positive electrode sealing material is driven in a harsh environment, such as an increase in the air flow rate of the positive electrode as the capacity / number of stacked cells increases, compared to the negative electrode sealing material. The solid oxide stack of the present invention is a positive electrode sealing material. It is intended to increase the fuel cell efficiency by increasing the durability of the fuel cell.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택(1)은 연료출입부 및 공기출입부를 구비한 복수개의 연료전지용 분리판 모듈(10)을 포함하며, 상기 각 모듈(10)의 연료출입부 및 공기출입부가 각각 상하로 연결되도록 적층된다.Referring to FIG. 1 , a stack 1 for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a plurality of separator plate modules 10 for fuel cells having a fuel inlet and an air outlet, and each module 10 ) is stacked so that the fuel inlet and air inlet are connected up and down, respectively.

본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택(1)은 분리판과 음극 밀봉재 층이 접하도록 적층되고, 각 모듈의 공기출입부와 연료출입부가 연결되도록 적층될 수 있다. 그리고, 스택(1)의 최상단의 모듈에는 금속 상부판(30)이 위치할 수 있고, 이는 상부 매니폴드(20)와 연결될 수 있다. 하단의 모듈의 음극 밀봉재 층은 금속 하부판(40)과 밀봉되며, 이는 공기출입부 및 연료출입부를 구비한 하부 매니폴드(50)와 연결되어 연료전지를 구동시킬 수 있다.The stack 1 for a solid oxide fuel cell according to the present embodiment may be stacked so that the separator and the anode sealing material layer are in contact with each other, and the air inlet and the fuel inlet of each module are connected to each other. In addition, the uppermost module of the stack 1 may have a metal upper plate 30 , which may be connected to the upper manifold 20 . The anode sealing material layer of the lower module is sealed with the metal lower plate 40, which is connected to the lower manifold 50 having an air inlet and a fuel inlet to drive the fuel cell.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 분해도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 단면도이다.2 is an exploded view of a separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈(10)은 분리판(100), 셀 프레임(200), 양극 밀봉재층(300), 양극 집전체(400), 셀 밀봉재층(500), 전지 셀(600), 셀 가이드(700), 음극 집전체(800), 및 음극 밀봉재층(900)을 포함하여 구성될 수 있다.2 , the separator module 10 for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a separator 100 , a cell frame 200 , a positive electrode sealing material layer 300 , a positive electrode current collector 400 , The cell sealing material layer 500 , the battery cell 600 , the cell guide 700 , the negative electrode current collector 800 , and the negative electrode sealing material layer 900 may be included.

본 발명의 다른 실시예로, 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈(10)은 분리판(100), 셀 프레임(200), 양극 밀봉재층(300), 양극 집전체(400), 셀 가이드(700), 음극 집전체(800), 및 음극 밀봉재층(900)로 구성될 수도 있다.In another embodiment of the present invention, the separator module 10 for a solid oxide fuel cell includes a separator 100 , a cell frame 200 , a positive electrode sealing material layer 300 , a positive electrode current collector 400 , and a cell guide 700 . , the negative electrode current collector 800 , and the negative electrode sealing material layer 900 .

분리판(100)은 셀 프레임(200)의 상부에 위치하여, 셀 프레임(200)의 연료출입부 및 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 분리판(100)에 대한 보다 구체적인 설명은 이하 도4와 도5를 참조하여 후술한다.The separator 100 is positioned on the cell frame 200 and may be configured to include a fuel inlet and an air outlet of the cell frame 200 and a fuel inlet and outlet of the separator corresponding to the air inlet and outlet of the cell frame 200 . . A more detailed description of the separator 100 according to the present embodiment will be described later with reference to FIGS. 4 and 5 .

그리고, 셀 프레임(200)은 전지 셀(600)의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부(270)를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부(217, 257)와, 셀 프레임 공기출입부(215, 255)를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 중앙개구부(270)에 전지 셀(600)이 위치하도록 고정 지지하는 셀가이드가 안착되는 코너 포켓(259)을 포함할 수 있다.In addition, the cell frame 200 forms a central opening 270 through which the centers of the upper and lower surfaces of the battery cell 600 can be exposed, and includes the cell frame fuel inlets 217 and 257 in the edge region, and the cell frame. It includes a plurality of layers forming the air intakes 215 and 255, and at least one of the layers is a corner on which a cell guide fixedly supporting the battery cell 600 is positioned in the central opening 270 is seated. It may include a pocket 259 .

도2를 참조하면, 본 발명에 따른 셀 프레임(200)은 지지판(210), 셀 프레임 접합층(230), 및 스페이서(250)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the cell frame 200 according to the present invention may include a support plate 210 , a cell frame bonding layer 230 , and a spacer 250 .

지지판(210)은 셀 프레임 접합층(230)에 의해 스페이서(250)와 접합된 상태로 스페이서(250)의 상부에 적층되고, 코너 포켓(259)에 고정 지지되어 적치된 전지 셀(600)의 모서리에 있는 셀 가이드(700)를 덮도록와 셀의 가장자리를 덮도록 중앙개구부(270)의 모서리 영역을 형성할 수 있다.The support plate 210 is stacked on top of the spacer 250 in a state in which it is bonded to the spacer 250 by the cell frame bonding layer 230 , and is fixedly supported by the corner pocket 259 of the stacked battery cell 600 . The corner region of the central opening 270 may be formed to cover the cell guide 700 at the corner and to cover the edge of the cell.

이와 반해, 스페이서(250)는 전지 셀(600)의 모서리에 형성되는 셀 가이드(700)가 적치되는 셀 프레임의 중앙개구부(270)의 모서리 영역에 형성되는 코너 포켓(259)을 포함할 수 있다.On the other hand, the spacer 250 may include a corner pocket 259 formed in the corner region of the central opening 270 of the cell frame in which the cell guide 700 formed at the corner of the battery cell 600 is placed. .

본 실시예에 따른 셀 프레임(200)에 대한 보다 구체적인 설명은 이하 도6과 도7을 참조하여 후술한다. A more detailed description of the cell frame 200 according to the present embodiment will be described later with reference to FIGS. 6 and 7 .

셀 프레임(200), 및 분리판(100)은 양극 밀봉재층(500300)에 의해 서로간 접합되어 적층될 수 있다. 한 구현예에서 본 발명의 양극 밀봉재층(500300)은 브레이징 접합제를 사용할 수 있다.The cell frame 200 and the separator 100 may be laminated by bonding to each other by the anode sealing material layer 500300 . In one embodiment, the positive electrode sealing material layer 500300 of the present invention may use a brazing agent.

본 발명의 브레이징(brazing)이란, 납땜의 한 종류이며, 접합하려는 모재보다 녹는점이 낮은 비철금속 또는 그 합금(납재)을 용가재로 사용함으로써 모재를 거의 용융시키지 않고 납재만을 용융시켜 접합하는 접합 방법이다. 고체산화물 연료전지 구동에 있어서 양극부는 비교적 가혹한 환경에 노출되는데, 브레이징 접합제를 사용함으로써 간단하면서도 완벽하게 양극부를 밀봉시킬 수 있을 뿐만 아니라 고온 또는 급격한 온도 변화 환경에서 접합부의 열충격에 대한 저항력이 강하고 기계적 강도와 기밀성이 뛰어난 연료전지의 내구성과 성능을 향상시키는 효과가 있다. 본 발명의 브레이징 밀봉재는 셀 프레임(200) 외측면에 형성되며, 분리판(100)과 셀 프레임(200)의 밀봉을 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 브레이징 밀봉은 포일(foil) 형태의 밀봉재 또는 페이스트 형태의 밀봉재를 사용할 수 있다. 상기 포일 형태의 밀봉재를 사용할 경우 연료출입부와 중앙 개구부, 공기출입부를 구비하는 포일을 사용할 수 있다. 상기 페이스트는 셀 프레임 최상부면을 따라 코팅하고 분리판과 접합하여 브레이징할 수 있다.Brazing of the present invention is a type of brazing, and by using a non-ferrous metal or its alloy (brazing material) having a lower melting point than the base material to be joined as a filler material, it is a joining method in which only the brazing material is melted without melting the base material. In driving a solid oxide fuel cell, the anode part is exposed to a relatively harsh environment. By using a brazing bonding agent, the anode part can be sealed simply and perfectly, and the bonding part has strong resistance to thermal shock in high temperature or abrupt temperature change environments and mechanically It has the effect of improving the durability and performance of fuel cells with excellent strength and airtightness. The brazing sealing material of the present invention is formed on the outer surface of the cell frame 200 , and can facilitate sealing of the separator 100 and the cell frame 200 . For the brazing sealing of the present invention, a foil-type sealing material or a paste-type sealing material may be used. When the foil-type sealing material is used, a foil having a fuel inlet, a central opening, and an air inlet can be used. The paste may be coated along the top surface of the cell frame and bonded to the separator for brazing.

다른 구현예에서 본 발명의 복수의 레이어로 구성된 셀 프레임(200), 및 분리판(100)은 레이저용접이나 확산접합에 의해 서로간 접합될 수 있다.In another embodiment, the cell frame 200 and the separator 100 composed of a plurality of layers of the present invention may be bonded to each other by laser welding or diffusion bonding.

본 발명의 셀 프레임(200)과 분리판(100)은 금속제인 브레이징 밀봉으로 밀봉되기 때문에 상기 셀 프레임(200)과 전지 셀(600)간의 절연은 필수 사항이다. 본 발명에서는 셀 프레임(200)과 전지 셀(600)의 측면 절연을 위해, 본 발명의 분리판 모듈(10)은 코너 포켓(259) 및 셀 가이드(700)를 구비함으로써 전지 셀(600)의 절연을 수행한다. Since the cell frame 200 and the separator 100 of the present invention are sealed with a metal brazing seal, insulation between the cell frame 200 and the battery cells 600 is essential. In the present invention, for side insulation of the cell frame 200 and the battery cell 600 , the separator module 10 of the present invention is provided with a corner pocket 259 and a cell guide 700 . Insulation is carried out.

도3을 참조하면, 셀 가이드(700)는 코너 포켓(259)에 장착되는 것으로, 셀 가이드(700)에 의해 전지 셀(600)이 셀 포켓에 완전히 고정될 수 있으며, 이는 전지 셀(600) 측면과 셀 프레임(200)의 접촉을 방지할 수 있다. 셀 가이드(700)는 구조적으로 단단한 절연체인 세라믹 또는 마이카를 사용할 수 있다. 상기 세라믹은 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 절연성 산화물을 사용할 수 있다. 도3을 참조하면 전지 셀(600)과 셀 프레임(200)과 접할 수 있는 양극부의 일부는 글라스, 마이카 또는 글라스와 마이카의 하이브리드의 셀 밀봉재층(500)을 사용하여 밀봉할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the cell guide 700 is mounted on the corner pocket 259 , and the battery cell 600 may be completely fixed to the cell pocket by the cell guide 700 , which is the battery cell 600 . It is possible to prevent contact between the side surface and the cell frame 200 . The cell guide 700 may be made of ceramic or mica, which is a structurally hard insulator. The ceramic may include one or more insulating oxides selected from the group consisting of alumina, zirconia, magnesia and silica. Referring to FIG. 3 , a portion of the anode portion that can be in contact with the battery cell 600 and the cell frame 200 may be sealed using a cell sealing material layer 500 of glass, mica, or a hybrid of glass and mica.

본 발명의 셀 프레임(200)의 하부는 스택 제조 시 다른 분리판 모듈의 분리판과 접하면서 적층되며, 분리판과 접하는 부분에 음극 밀봉재층(900)이 형성될 수 있다. 상기 음극 밀봉재층(900)은 중앙 개구부를 구비하며, 중앙 개구부에는 음극 집전체(800)가 전지 셀(600)의 음극과 접하며 위치한다. 음극 집전체(800)는 음극부의 측면에 위치해 음극에서 발전되는 전기를 모으는 역할을 할 수 있다. 상기 음극 밀봉재층(900)은 글라스, 마이카 또는 글라스와 마이카의 하이브리드 밀봉재를 사용할 수 있다. 본 발명의 분리판 모듈(10)은 셀 프레임(200), 분리판(100), 음극 밀봉재층(900) 각각에 구비된 공기출입부 및/또는 연료출입부는 적층되면서 서로 접하여 연결된다. 상기 분리판(100) 중앙에는 기체 유로가 양면으로 형성될 수 있으며, 이는 연료 또는 공기의 출입을 용이하게 할 수 있다.The lower portion of the cell frame 200 of the present invention is stacked while being in contact with the separator plate of another separator module when the stack is manufactured, and the negative electrode sealing material layer 900 may be formed in a portion in contact with the separator plate. The negative encapsulant layer 900 has a central opening, and the negative electrode current collector 800 is positioned in contact with the negative electrode of the battery cell 600 . The negative electrode current collector 800 may serve to collect electricity generated from the negative electrode by being located on the side of the negative electrode. The anode sealing material layer 900 may use glass, mica, or a hybrid sealing material of glass and mica. In the separator module 10 of the present invention, the air inlet and/or fuel outlet provided in each of the cell frame 200 , the separator 100 , and the anode sealing material layer 900 are stacked and connected to each other in contact with each other. A gas flow path may be formed on both sides in the center of the separation plate 100 , which may facilitate the entry and exit of fuel or air.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 전지 셀과 대향하는 분리판의 일면(하부면)을 도시한 도면이고, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판의 타면(상부면)을 도시한 도면이다.4 is a view showing one surface (lower surface) of a separator facing a battery cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view showing the other surface (upper surface) of the separator according to an embodiment of the present invention. It is the drawing shown.

본 발명의 실시예에 따른 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 분리판(100)은 분리판 공기출입부(110)와 분리판 연료출입부(120)를 포함할 수 있다. 여기서, 분리판 공기출입부(110) 및 분리판 연료출입부(120)는, 분리판(100)의 테두리 영역에 형성되되, 분리판(100)의 테두리 영역 중 서로 마주보는 위치에 한 쌍으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 분리판의 테두리 영역인 4개의 영역 각각에 형성되는 분리판 공기출입부(110) 또는 분리판 연료출입부(120)는 2개의 홀이 이격된 형태로 형성될 수 있으나, 이는 일 실시예일 뿐 1개의 홀 또는 3개 이상의 홀로 구현될 수도 있다.As shown in FIGS. 4 and 5 according to an embodiment of the present invention, the separator 100 may include a separator air inlet 110 and a separator fuel inlet 120 . Here, the separator plate air inlet 110 and the separator plate fuel inlet 120 are formed in the edge region of the separator 100 , and are formed in pairs at positions facing each other among the edge regions of the separator 100 . can be formed. The separator air inlet 110 or the separator fuel inlet 120 formed in each of the four regions that are the edge regions of the separator according to the present embodiment may be formed in a form in which two holes are spaced apart. This is only an embodiment and may be implemented with one hole or three or more holes.

도4를 참조하면, 분리판(100)의 일면(이하, 하부면)은 서로 대향하는 위치에 형성된 분리판 공기출입부(110)들 각각의 일측에 형성되는 복수의 립(130, rib)들을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 립(130)들은 분리판 공기출입부(110)로부터 출입하는 공기가 전지 셀(600)의 양극으로 공급되도록 서로 소정의 간격 거리로 이격되어 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , one surface (hereinafter, the lower surface) of the separator 100 includes a plurality of ribs 130 (ribs) formed on one side of each of the separator air inlets 110 formed at positions opposite to each other. may include The ribs 130 according to the present embodiment may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance so that air flowing in and out of the separator air inlet 110 is supplied to the positive electrode of the battery cell 600 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 립(130)들은 하나의 분리판 공기출입부(110)의 일측에 대응되어 3개씩 형성될 수 있고, 즉, 분리판(100)의 테두리 영역 중 양측에 형성되는 립(130)들은 6개씩 총 12개로 구현될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the ribs 130 may be formed three by one corresponding to one side of the air inlet and outlet 110 of one separator, that is, formed on both sides of the border area of the separator 100 . The ribs 130 may be implemented with a total of 12, 6 each.

그리고, 상술한 바와 같은 분리판 공기출입부(110)들 또는 립(130)들 사이에는 립(130)들을 통과한 공기가 대향하는 위치에 있는 각 분리판 공기출입부(110)를 통해 출입할 수 있도록 공기를 가이드하는 공기 유로 제공부(150)를 더 포함할 수 있다.And, the air passing through the ribs 130 between the air inlets 110 or the ribs 130 as described above can enter and exit through the air inlets 110 of the separator plates at the opposing positions. It may further include an air flow path providing unit 150 for guiding the air so as to

본 실시예에 따른 공기 유로 제공부(150)는 도4에 도시된 바와 같이, 분리판 공기출입부(110)들 또는 립(130)들 사이에 제1 방향의 공기 유로를 제공하기 위해 제1 격벽(155)들이 형성되는 제1 격벽 패턴부(151)와, 제1 격벽(155)들이 일측에 배치되고, 제1 격벽(155)들 각각과 소정의 간격만큼 교차하도록 배열되는 제2 격벽(157)들이 형성되는 제2 격벽 패턴부(153)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 방향이란 가로 방향이거나 세로 방향일 수 있다.As shown in FIG. 4 , the air flow path providing unit 150 according to the present embodiment provides an air flow path in a first direction between the air inlet/outlets 110 or the ribs 130 of the separation plate. The first partition wall pattern portion 151 in which the partition walls 155 are formed, and the second partition wall ( It may include a second barrier rib pattern portion 153 in which 157 are formed. Here, the first direction may be a horizontal direction or a vertical direction.

제1 격벽(155)들과 제2 격벽(157)들은 분리판 공기출입부(110)로 들어오는 공기가 반대편에 있는 분리판 공기출입부(110)로 나갈 수 있도록 분리판 공기출입부(110)에 대해 가로로 길게 형성되는 형태로 형성될 수 있으며, 상술한 바와 같이 제1 격벽(155)과 제2 격벽(157)은 동일한 선 상에 맞추어 배열되는 것이 아닌, 소정만큼 교차로 배열된 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 립(130) 또한 분리판 공기출입부(110)에 대해 가로로 긴 형태의 타원으로 형성될 수 있다.The first partition walls 155 and the second partition walls 157 are separated plate air inlet 110 so that air entering the separator plate air inlet 110 can go out to the separator air inlet 110 opposite to the separator plate air inlet 110 . It may be formed in a form that is horizontally long, and as described above, the first barrier ribs 155 and the second barrier ribs 157 are not arranged on the same line, but are arranged to cross each other by a predetermined amount. can be In addition, the lip 130 of the present invention may also be formed in a horizontally long oval with respect to the air inlet/outlet portion 110 of the separator.

도5를 참조하면, 분리판(100)의 타면(이하, 상부면)은 서로 대향하는 위치에 형성된 분리판 연료출입부(120)들 사이에 형성되는 연료 유로 제공부(160)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the other surface (hereinafter, the upper surface) of the separator 100 may further include a fuel flow path providing part 160 formed between the fuel inlet parts 120 of the separator plate formed at positions opposite to each other. can

본 실시예에 따른 연료 유로 제공부(160)는 분리판 연료출입부(120)로부터 출입하는 연료가 전지 셀(600)의 연료극으로 출입할 수 있도록 연료를 가이드할 수 있다. 연료 유로 제공부(160)에는 분리판 연료출입부(120)로 들어오는 연료가 반대편에 있는 분리판 연료출입부(120)로 나갈 수 있도록 분리판 연료출입부(120)에 대해 세로로 길게 형성되는 제3 격벽(161)들이 형성될 수 있다. 즉, 분리판(100)의 상부면에 형성되는 연료 유로 제공부(160)의 제3 격벽(161)은 분리판(100)의 하부면에 형성되어 있는 공기 유로 제공부(150)의 제1 격벽(155) 및 제2 격벽(157)들과 서로 다른 방향(수직하는 방향)의 유로를 형성할 수 있다.The fuel flow path providing unit 160 according to the present embodiment may guide the fuel so that the fuel entering and exiting from the separator fuel inlet/outlet 120 may enter and exit the anode of the battery cell 600 . In the fuel flow path providing unit 160, the fuel entering the separator plate fuel inlet 120 is formed vertically long with respect to the separator plate fuel inlet 120 so that the fuel can go out to the fuel inlet 120 in the opposite side. Third partition walls 161 may be formed. That is, the third partition wall 161 of the fuel passage providing unit 160 formed on the upper surface of the separating plate 100 is the first of the air passage providing unit 150 formed on the lower surface of the separating plate 100 . A flow path in a direction (vertical direction) different from that of the partition wall 155 and the second partition wall 157 may be formed.

본 실시예에 따른 립(130), 제1 격벽(155), 제2 격벽(157) 및 제3 격벽(161)은 돌출된 패턴일 수 있다.The lip 130 , the first partition wall 155 , the second partition wall 157 , and the third partition wall 161 according to the present embodiment may have a protruding pattern.

전술한 바와 같은, 상부면 및 하부면에 형성되는 패턴(립, 공기 유로 제공부, 연료 유로 제공부 등)을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 분리판(100)을 구비함으로써, 셀 프레임에 별도의 패턴을 형성하지 않아도 되기 때문에 셀 프레임의 구조를 단순할 수 있으므로, 셀 프레임을 제작하는데 소요되는 가공시간과 가공비용을 저감할 수 있는 이점이 있다.As described above, by providing the separator 100 according to the embodiment of the present invention having a pattern (lip, air passage providing part, fuel flow providing part, etc.) formed on the upper and lower surfaces, the cell frame is provided separately. Since it is not necessary to form a pattern of the cell frame, the structure of the cell frame can be simplified, and thus there is an advantage in that the processing time and processing cost required for manufacturing the cell frame can be reduced.

본 발명의 실시예에 따른 셀 프레임(200)은 지지판(210)과 스페이서(250), 그리고 지지판(210)과 스페이서(250)를 접합시키는 셀 프레임 접합층(230)을 포함하여 구성될 수 있다.The cell frame 200 according to the embodiment of the present invention may include a support plate 210 and a spacer 250 , and a cell frame bonding layer 230 bonding the support plate 210 and the spacer 250 to each other. .

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 스페이서를 도시한 도면이고, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 지지판을 도시한 도면이다.6 is a view showing a spacer of a cell frame according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view showing a support plate of a cell frame according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도6을 참조하면, 본 실시예에 따른 스페이서(250)는 테두리 영역에 서로 대향하는 위치에 형성되는 제1 스페이서 섹션(251)들 그리고, 스페이서(250)의 나머지 테두리 영역에 서로 대향되도록 형성되는 제2 스페이서 섹션(253)들을 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 6 , the spacer 250 according to the present embodiment includes first spacer sections 251 formed at positions opposite to each other in the edge region and the remaining edge regions of the spacer 250 to face each other. and formed second spacer sections 253 .

상기 각 제1 스페이서 섹션(251)에는 스페이서 공기출입부(255)들이 형성되고, 각 제2 스페이서 섹션(253)에는 스페이서 연료출입부(257)들이 형성될 수 있다.Spacer air inlets 255 may be formed in each of the first spacer sections 251 , and spacer fuel inlets 257 may be formed in each of the second spacer sections 253 .

또한, 본 실시예에 따른 스페이서(250)는 각 제1 스페이서 섹션(251) 및 제2 스페이서 섹션(253) 사이에 셀 프레임(200)의 중앙개구부(270)를 형성하는 모서리에 형성되는 코너 포켓(259)을 더 포함할 수 있다. 코너 포켓(259)은 중앙개구부(270)에 위치하게 되는 전지 셀(600)의 모서리 영역에 배치되는 셀 가이드(700)가 위치하게 되는 부분으로, 코너 포켓(259)은 셀 가이드(700)를 고정 지지함으로써, 적치되는 전지 셀(600)의 모서리가 가이드와 닿지 않도록 셀을 안정적으로 고정시킬 수 있다.In addition, the spacer 250 according to the present embodiment is a corner pocket formed at a corner forming the central opening 270 of the cell frame 200 between each of the first spacer section 251 and the second spacer section 253 . (259) may be further included. The corner pocket 259 is a portion in which the cell guide 700 disposed in the corner region of the battery cell 600 positioned in the central opening 270 is positioned, and the corner pocket 259 holds the cell guide 700 . By fixing and supporting the cell, it is possible to stably fix the cell so that the edge of the battery cell 600 is not in contact with the guide.

다음으로, 도7을 참조하면, 본 실시예에 따른 지지판(210)은 테두리 영역에 서로 대향하는 위치에 형성되는 제1 지지판 섹션(211)들 그리고, 지지판(210)의 나머지 테두리 영역에 서로 대향되도록 형성되는 제2 지지판 섹션(213)들을 포함할 수 있다.Next, referring to FIG. 7 , the support plate 210 according to the present embodiment includes first support plate sections 211 formed at positions opposite to each other in the edge area, and opposite to each other in the remaining edge area of the support plate 210 . It may include second support plate sections 213 that are formed to be so.

상기 각 제1 지지판 섹션(211)에는 지지판 공기출입부(215)들이 형성되고, 각 제2 지지판 섹션(213)에는 지지판 연료출입부(217)들이 형성될 수 있다.Support plate air inlets 215 may be formed in each of the first support plate sections 211 , and support plate fuel inlets 217 may be formed in each second support plate section 213 .

본 발명의 셀 프레임 공기출입부는 지지판 공기출입부(215)와 스페이서 공기 출입부(255)로 이루어진 것이고, 셀 프레임 연료출입부는 지지판 연료출입부(217)와 스페이서 연료출입부(257)로 이루어진 것일 수 있다.The cell frame air inlet unit of the present invention is composed of a support plate air inlet unit 215 and a spacer air inlet unit 255 , and the cell frame fuel inlet unit is composed of a support plate fuel inlet unit 217 and a spacer fuel inlet unit 257 . can

지지판(210)은 제1 및 제2 지지판 섹션의 내측으로 형성되는 셀 프레임(200)의 중앙개구부(270)를 형성하는 모서리에 별도의 포켓 없이 형성될 수 있다.의 크기는 셀의 집전체(400)가 놓여지고, 셀의 모서리가 양극 밀봉재층(300)에 의해 접합되도록 셀보다 작고 집전체보다 크게 구성될 수 있다.The support plate 210 may be formed without a separate pocket at the corner forming the central opening 270 of the cell frame 200 formed inside the first and second support plate sections. The size of the cell current collector ( 400) is placed, and it may be configured to be smaller than the cell and larger than the current collector so that the edge of the cell is joined by the positive electrode sealing material layer 300 .

이때, 본 발명의 실시예에 따른 지지판(210)의 제1 지지판 섹션(211)의 폭(width)과 제2 지지판 섹션(213)의 폭은 같은 길이로 형성될 수 있고, 마찬가지로 스페이서(250)의 제1 스페이서 섹션(251)의 폭과 제2 스페이서 섹션(253)의 폭은 같은 길이로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 및 제2 지지판 섹션의 폭(L2)은 제1 및 제2 스페이서 섹션의 폭(L1) 보다 크게 형성될 수 있다. 이로써, 스페이서(250) 위에 배치되는 지지판(210)은 스페이서(250)의 코너 포켓(259)을 덮는 형태로 배치될 수 있다.At this time, the width of the first support plate section 211 of the support plate 210 according to the embodiment of the present invention and the width of the second support plate section 213 may be formed to have the same length, and similarly, the spacer 250 . The width of the first spacer section 251 and the width of the second spacer section 253 may be formed to have the same length. The width (L 2 ) of the first and second support plate sections may be greater than the width (L 1 ) of the first and second spacer sections. Accordingly, the support plate 210 disposed on the spacer 250 may be disposed to cover the corner pocket 259 of the spacer 250 .

도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 셀 프레임(200)에는 중앙개구부에 적치되는 전지 셀(600)의 측면을 감싸는 셀 포켓을 구비함으로써, 셀 포켓을 이용하여 전지 셀(600)의 양극부를 지지하며 배치될 수 있다.Although not shown in the drawings, the cell frame 200 according to an embodiment of the present invention includes a cell pocket surrounding the side surface of the battery cell 600 placed in the central opening, so that the battery cell 600 is formed using the cell pocket. It may be disposed to support the anode portion.

본 발명의 전지 셀(600)은 음극부(연료극)와 양극부(공기극)를 포함하고 치밀한 구조의 전해질이 음극부와 양극부 사이에 위치한다. 본 실시예에 따른 전지 셀(600)은 사각 평판형 셀일 수 있다. 전해질은 연료와 가스가 혼합되지 않도록 구조가 치밀해야 하며, 산소이온의 전도도가 높고 전자전도도가 낮아야 하고, 이때 전해질을 구성하는 재료로는 세리아계 및 란타늄 갈레이트계 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 평판형 셀의 음극부의 재료는 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리합금 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 이온전도성 전해질 재료의 복합체이고, 상기 이온전도성 전해질 재료는 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아(Sm doped-Ceria) 및 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates)중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어 질 수 있으며, 상기 이온전도성 전해질의 재료는 Y2O3-doped Zirconia 또는 Y, Sc 또는 Yb가 첨가된 zirconia, Y, Gd 또는 Sm이 첨가된 ceria 및 Sr과 Mg이 동시에 첨가된 LaGaO3 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 양극부의 재료는 세라믹 및 세라믹-이온전도성 전해질 재료 복합체 중에서 선택되고, 상기 세라믹은 스트론튬 타이타늄 페라이트(Strontium titanium ferrite, STF), 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanumstrontium coblatite, LSC), 스트론튬 코발트 페라이트(Strontium cobalt ferrite, SFC), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(barium strontium cobalt ferrite, BSCF), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 및 란타늄 니켈(lanthanum nickelate, LNO)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 이온전도성 전해질 재료는 Y, Sc 또는 Yb가 첨가된 zirconia, Y, Gd 또는 Sm이 첨가된 ceria 및 Sr과 Mg이 동시에 첨가된 LaGaO3 중에서 선택되는 하나 이상이다.The battery cell 600 of the present invention includes a negative electrode (fuel electrode) and a positive electrode (air electrode), and an electrolyte having a dense structure is positioned between the negative electrode and the positive electrode. The battery cell 600 according to the present embodiment may be a square plate type cell. The electrolyte must have a dense structure so that fuel and gas do not mix, and the conductivity of oxygen ions must be high and electron conductivity must be low. can be The material of the negative electrode of the flat cell of the present invention is a composite of nickel, nickel alloy, copper, one selected from copper alloy and iron alloy and an ion conductive electrolyte material, and the ion conductive electrolyte material is yttria-stabilized zirconia (yttria-stabilized zirconia) , YSZ), one selected from scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadoped-ceria (GDC), sam doped-Ceria and lanthanum gallates The material of the ion conductive electrolyte is selected from Y2O3-doped zirconia or zirconia to which Y, Sc or Yb is added, ceria to which Y, Gd or Sm is added, and LaGaO3 to which Sr and Mg are simultaneously added. You can use more than one. A material of the anode part is selected from a ceramic and a ceramic-ion conductive electrolyte material composite, and the ceramic is strontium titanium ferrite (STF), lanthanum strontium ferrite (LSF), or lanthanum strontium coblatite. , LSC), strontium cobalt ferrite (SFC), barium strontium cobalt ferrite (BSCF), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), and lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), and lanthanum nickel. At least one selected from the group consisting of, the ion conductive electrolyte material is at least one selected from zirconia to which Y, Sc or Yb is added, ceria to which Y, Gd or Sm is added, and LaGaO3 to which Sr and Mg are simultaneously added. .

고용량 스택을 제조하기 위해서는 모듈이 여러 장 적층(예를 들어1kW 스택의 경우 30~50장의 스택모듈이 적층됨)되는데, 이때 글라스 밀봉재를 사용하여 셀/셀 프레임을 절연하는 방법 및 전지 셀(600) 크기를 셀 프레임(200)의 셀 포켓(미도시)중앙개구부(270) 보다 작게하여 절연하는 방법을 이용하는 것이 좋다. 이러한 방법은, 고온에서 전처리 밀봉 시 스택(1)이 수축하면서 셀이 구조적으로 뒤틀려 전지 셀(600)과 셀 프레임(200) 간의 접촉이 일어날 수 있다. 셀과 셀 프레임 간의 접촉은 브레이징이 적용된 스택(1)에는 치명적인 성능 저하 요인이며 이를 극복하기 위한 방법으로 코너 포켓(259)과 셀 가이드(700)를 이용하여 절연을 수행하는 것이 바람직하다.In order to manufacture a high-capacity stack, several modules are stacked (for example, 30 to 50 stack modules are stacked in the case of a 1 kW stack). ) to be smaller than the cell pocket (not shown) central opening 270 of the cell frame 200 to insulate. In this method, when the stack 1 is contracted during pre-sealing at a high temperature, the cell is structurally twisted, so that contact between the battery cell 600 and the cell frame 200 may occur. The contact between the cell and the cell frame is a fatal performance degradation factor for the stack 1 to which the brazing is applied, and in order to overcome this, it is preferable to perform insulation using the corner pocket 259 and the cell guide 700 .

셀 가이드(700)를 구비한 모듈로 제작한 스택(1)은 모든 모듈(10)에서 일정한 개방전압이 유지될 수 있다. 이러한 셀 가이드가 없는 모듈(10)의 경우, 일부 음극과 셀 프레임(200) 사이의 접촉에 의해 개방전압이 낮아질 수 있다.In the stack 1 manufactured as a module having the cell guide 700 , a constant open circuit voltage can be maintained in all modules 10 . In the case of the module 10 without such a cell guide, the open circuit voltage may be lowered by the contact between some cathodes and the cell frame 200 .

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 고체산화물 연료전지용 스택
10: 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈
20: 상부 매니폴드
30: 금속 상부판
40: 금속 하부판
50: 하부 매니폴드
100: 분리판
200: 셀 프레임
210: 지지판
250: 스페이서
600: 전지 셀
700: 셀 가이드1: Stack for solid oxide fuel cell
10: Separator module for solid oxide fuel cell
20: upper manifold
30: metal top plate
40: metal lower plate
50: lower manifold
100: separator
200: cell frame
210: support plate
250: spacer
600: battery cell
700: cell guide

Claims (17)

고체산화물 연료전지용 분리판 모듈에 있어서,
전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과,
상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판을 포함하되,
상기 셀 프레임의 상면과 대향하는 상기 분리판의 하부면은, 복수의 립(rib)들과, 공기 유로 제공부를 포함하고,
상기 분리판의 상부면은, 연료 유로 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
In the separator module for a solid oxide fuel cell,
a plurality of layers forming a central opening through which the center of the upper and lower surfaces of the battery cell can be exposed, and forming a cell frame fuel inlet and a cell frame air inlet and outlet in an edge region, at least one of the layers is a cell frame forming a corner pocket for fixing and supporting the battery cell to be positioned in the central opening portion;
a separator positioned above the cell frame and including a separator fuel inlet and a separator air inlet and inlet corresponding to the cell frame fuel inlet and inlet and inlet of the cell frame;
A lower surface of the separator plate opposite to the upper surface of the cell frame includes a plurality of ribs and an air passage providing part,
The upper surface of the separator plate module for a solid oxide fuel cell, characterized in that it includes a fuel passage providing part.
 제1항에 있어서,
상기 레이어들은,
상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와,
상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
The layers are
a spacer including the corner pocket formed in a corner region of the central opening in which the corner of the battery cell is placed;
and a support plate laminated on top of the spacer in a state bonded to the spacer and having a corner region of the central opening formed to cover the corner of the battery cell without a configuration corresponding to the corner pocket Separator module for solid oxide fuel cells.
 제2항에 있어서,
상기 셀 프레임 연료출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 연료출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 연료출입부를 포함하고,
상기 셀 프레임 공기출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 공기출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 공기출입부를 포함하며,
상기 스페이서는, 상기 스페이서 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 스페이서 섹션들과, 상기 스페이서 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 스페이서 섹션들을 포함하고,
상기 지지판은, 상기 지지판 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 지지판 섹션들과, 상기 지지판 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 지지판 섹션들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
3. The method of claim 2,
The cell frame fuel in/out unit includes a spacer fuel in/out portion formed on the spacer and a support plate fuel in/out portion formed on the support plate,
The cell frame air intake unit includes a spacer air intake unit formed on the spacer and a support plate air intake unit formed on the support plate,
The spacer includes a plurality of first spacer sections having the spacer air inlet and facing each other, and a plurality of second spacer sections facing each other and having the spacer fuel inlet formed therein;
The support plate includes a plurality of first support plate sections having the support plate air inlet and out and facing each other, and a plurality of second support plate sections having the support plate fuel inlet and out and facing each other. Separator module.
 제3항에 있어서,
상기 각 제1 지지판 섹션의 폭(width)은 상기 각 제1 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되고,
상기 각 제2 지지판 섹션의 폭은 상기 각 제2 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
4. The method of claim 3,
A width of each of the first supporting plate sections is formed to be larger than a width of each of the first spacer sections,
A separation plate module for a solid oxide fuel cell, characterized in that the width of each of the second support plate sections is greater than the width of each of the second spacer sections.
 제1항에 있어서,
상기 복수의 립들은, 상기 각 분리판 공기출입부의 일측에 형성되고, 상기 각 분리판 공기출입부로부터 출입하는 공기가 상기 전지 셀의 양극으로 공급되도록 서로 소정의 간격 거리로 이격되어 형성되고,
상기 공기 유로 제공부는, 상기 립들을 통과한 공기가 상기 분리판 공기출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
The plurality of ribs are formed on one side of the air inlet and outlet of each separator, and are spaced apart from each other by a predetermined distance so that air flowing in and out of the air inlet and outlet of each separator is supplied to the positive electrode of the battery cell,
The separation plate module for a solid oxide fuel cell, characterized in that the air passage providing unit guides the air passing through the ribs to enter and exit through the separation plate air inlet.
 제5항에 있어서,
상기 공기 유로 제공부는, 서로 대향하는 위치에 형성되는 상기 분리판 공기출입부들 사이에 배치되고,
상기 공기 유로 제공부는,
상기 분리판 공기출입부들 사이에 제1 방향의 공기 유로를 제공하기 위해 제1 격벽들이 형성되는 제1 격벽 패턴부와,
상기 제1 격벽들의 일측에 배치되고, 상기 제1 격벽들 각각과 소정 간격만큼 교차하도록 제2 격벽들이 배열되는 제2 격벽 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
6. The method of claim 5,
The air flow path providing unit is disposed between the air inlets and outlets of the separation plate formed at positions opposite to each other,
The air flow path providing unit,
a first barrier rib pattern portion in which first barrier ribs are formed to provide an air flow path in a first direction between the air inlet and outlet portions of the separation plate;
and a second barrier rib pattern part disposed on one side of the first barrier ribs and having second barrier ribs intersecting each of the first barrier ribs by a predetermined distance.
 제1항에 있어서,
상기 연료 유로 제공부는,
상기 분리판 연료출입부로부터 출입하는 연료가 상기 전지 셀의 연료극으로 출입할 수 있도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
The fuel flow path providing unit,
Separator module for a solid oxide fuel cell, characterized in that it guides fuel entering and exiting from the fuel inlet and outlet of the separator to enter and exit the anode of the battery cell.
 제7항에 있어서,
상기 공기 유로 제공부는, 상기 분리판 공기출입부를 통해 공기가 출입할 수 있도록 제1 방향의 공기 유로를 제공하고,
상기 연료 유로 제공부는,
상기 분리판 연료출입부들 사이에 배치되어, 상기 제1 방향과 수직하는 방향인 제2 방향의 연료 유로를 제공하기 위한 제3 격벽들이 배열되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
8. The method of claim 7,
The air flow path providing unit provides an air flow path in a first direction so that air can enter and exit through the air inlet and outlet of the separation plate,
The fuel flow path providing unit,
and third barrier ribs disposed between the fuel inlets and outlets of the separator to provide a fuel flow path in a second direction that is perpendicular to the first direction.
 제1항에 있어서,
상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와,
상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
a positive electrode current collector positioned in the central opening of the cell frame and positioned between the separator plate and the upper surface of the battery cell exposed to the central opening of the cell frame;
The separator module for a solid oxide fuel cell, characterized in that it further comprises a negative electrode current collector in contact with the exposed lower surface of the battery cell.
 고체산화물 연료전지용 스택에 있어서,
양극, 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 전지 셀과,
상기 전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과,
상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판과,
상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와,
상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체와,
상기 음극 집전체의 측면을 둘러싸며, 상기 셀 프레임의 아래에 위치하는 음극 밀봉재 층과,
상기 셀 프레임의 위에 위치하는 양극 밀봉재 층을 포함하되,
상기 셀 프레임의 상면과 대향하는 상기 분리판의 하부면은, 복수의 립(rib)들과, 공기 유로 제공부를 포함하고,
상기 분리판의 상부면은, 연료 유로 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
In the stack for a solid oxide fuel cell,
A battery cell comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode;
a plurality of layers forming a central opening through which the centers of the upper and lower surfaces of the battery cell can be exposed, and forming a cell frame fuel inlet and a cell frame air inlet and outlet in an edge region, at least one of the layers The layer includes a cell frame that forms a corner pocket for fixing and supporting the battery cell so that the battery cell is positioned in the central opening;
a separation plate positioned above the cell frame and including a fuel inlet and inlet unit and a separator air inlet unit corresponding to the fuel inlet and outlet of the cell frame and air inlet and outlet of the cell frame;
a positive electrode current collector positioned in the central opening of the cell frame and positioned between the separator plate and the upper surface of the battery cell exposed to the central opening of the cell frame;
a negative electrode current collector in contact with the lower surface of the exposed battery cell;
a negative electrode sealing material layer surrounding the side surface of the negative electrode current collector and positioned under the cell frame;
A cathode sealing material layer positioned on the cell frame,
A lower surface of the separator plate opposite to the upper surface of the cell frame includes a plurality of ribs and an air passage providing part,
The upper surface of the separator plate, the stack for a solid oxide fuel cell, characterized in that it comprises a fuel passage providing part.
 제10항에 있어서,
상기 레이어들은,
상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와,
상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판과,
상기 스페이서와 상기 지지판 사이에 배치되어, 상기 스페이서와 상기 지지판을 접합하는 셀 프레임 접합층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
11. The method of claim 10,
The layers are
a spacer including the corner pocket formed in a corner region of the central opening in which the corner of the battery cell is placed;
a support plate laminated on top of the spacer in a state of being bonded to the spacer and having a corner region of the central opening to cover the corner of the battery cell without a configuration corresponding to the corner pocket;
and a cell frame bonding layer disposed between the spacer and the support plate and bonding the spacer and the support plate.
 제11항에 있어서,
상기 셀 프레임 연료출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 연료출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 연료출입부를 포함하고,
상기 셀 프레임 공기출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 공기출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 공기출입부를 포함하며,
상기 스페이서는, 상기 스페이서 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 스페이서 섹션들과, 상기 스페이서 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 스페이서 섹션들을 포함하고,
상기 지지판은, 상기 지지판 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 지지판 섹션들과, 상기 지지판 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 지지판 섹션들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
12. The method of claim 11,
The cell frame fuel in/out unit includes a spacer fuel in/out portion formed on the spacer and a support plate fuel in/out portion formed on the support plate,
The cell frame air intake unit includes a spacer air intake unit formed on the spacer and a support plate air intake unit formed on the support plate,
The spacer includes a plurality of first spacer sections having the spacer air inlet and facing each other, and a plurality of second spacer sections facing each other and having the spacer fuel inlet formed therein;
The support plate includes a plurality of first support plate sections having the support plate air inlet and out and facing each other, and a plurality of second support plate sections having the support plate fuel inlet and out and facing each other. stack.
 제12항에 있어서,
상기 각 제1 지지판 섹션의 폭(width)은 상기 각 제1 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되고,
상기 각 제2 지지판 섹션의 폭은 상기 각 제2 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
13. The method of claim 12,
A width of each of the first supporting plate sections is formed to be larger than a width of each of the first spacer sections,
A stack for a solid oxide fuel cell, characterized in that the width of each of the second support plate sections is greater than the width of each of the second spacer sections.
 제10항에 있어서,
상기 복수의 립들은, 상기 각 분리판 공기출입부의 일측에 형성되고, 상기 각 분리판 공기출입부로부터 출입하는 공기가 상기 전지 셀의 양극으로 공급되도록 서로 소정의 간격 거리로 이격되어 형성되고,
상기 공기 유로 제공부는, 상기 립들을 통과한 공기가 상기 분리판 공기출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
11. The method of claim 10,
The plurality of ribs are formed on one side of the air inlet and outlet of each separator, and are spaced apart from each other by a predetermined distance so that air flowing in and out of the air inlet and outlet of each separator is supplied to the positive electrode of the battery cell,
The air flow path providing unit, the solid oxide fuel cell stack, characterized in that the air that has passed through the ribs to guide the air in and out through the air inlet and outlet of the separator.
 제14항에 있어서,
상기 공기 유로 제공부는, 서로 대향하는 위치에 형성되는 상기 분리판 공기출입부들 사이에 배치되고,
상기 공기 유로 제공부는,
상기 분리판 공기출입부들 사이에 제1 방향의 공기 유로를 제공하기 위해 제1 격벽들이 형성되는 제1 격벽 패턴부와,
상기 제1 격벽들의 일측에 배치되고, 상기 제1 격벽들 각각과 소정 간격만큼 교차하도록 제2 격벽들이 배열되는 제2 격벽 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
15. The method of claim 14,
The air flow path providing unit is disposed between the air inlets and outlets of the separation plate formed at positions opposite to each other,
The air flow path providing unit,
a first barrier rib pattern portion in which first barrier ribs are formed to provide an air flow path in a first direction between the air inlet and outlet portions of the separation plate;
and a second barrier rib pattern part disposed on one side of the first barrier ribs and having second barrier ribs intersecting each of the first barrier ribs by a predetermined distance.
 제10항에 있어서,
상기 연료 유로 제공부는,
상기 분리판 연료출입부로부터 출입하는 연료가 상기 전지 셀의 연료극으로 출입할 수 있도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
11. The method of claim 10,
The fuel flow path providing unit,
The stack for a solid oxide fuel cell, characterized in that it guides fuel entering and exiting from the fuel inlet and outlet of the separator to enter and exit the anode of the battery cell.
 제16항에 있어서,
상기 공기 유로 제공부는, 상기 분리판 공기출입부를 통해 공기가 출입할 수 있도록 제1 방향의 공기 유로를 제공하고,
상기 연료 유로 제공부는,
상기 분리판 연료출입부들 사이에 배치되어, 상기 제1 방향과 수직하는 방향인 제2 방향의 연료 유로를 제공하기 위한 제3 격벽들이 배열되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 스택.
17. The method of claim 16,
The air flow path providing unit provides an air flow path in a first direction so that air can enter and exit through the air inlet and outlet of the separation plate,
The fuel flow path providing unit,
The solid oxide fuel cell stack, characterized in that the third barrier ribs are disposed between the fuel inlet parts of the separation plate to provide a fuel flow path in a second direction that is perpendicular to the first direction.
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Citations (4)

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