KR20110030878A

KR20110030878A - 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택

Info

Publication number: KR20110030878A
Application number: KR1020090088522A
Authority: KR
Inventors: 권태호; 공상준; 윤덕형
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-24
Also published as: US20110070518A1

Abstract

본 발명은 단위셀의 전류 집전 시 캡에 안착홈을 형성하고 도전체가 안착홈에 면 접촉되도록 삽입되어 집전면적을 넓힐 수 있는 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 단위셀은 중공을 가진 튜브 형상으로 형성된 제1 전극; 상기 제1 전극의 양단부를 제외한 외면에 형성된 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 전해질층; 및 상기 제1 전극의 일측단부에 결합된 캡;을 포함하되, 상기 캡은 도전체가 면 접촉되도록 삽입되는 적어도 하나의 안착홈을 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 집전밀도를 향상시킬 수 있으며, 제작 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 용접이나 도구 없이 인접 단위셀들과의 직렬, 병렬 연결이 용이하면서도 적은 손실로 전류를 집전시킬 수 있다.

고체산화물, 연료전지, 캡, 집전면적, 도전체, 안착홈

Description

고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택{Unit cell of solid oxide fuel cell and stack using the same}

본 발명은 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 단위셀의 전류 집전 시 집전면적을 넓힐 수 있는 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택에 관한 것이다.

연료전지(Fuel Cell)는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정 발전 기술이다. 이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알칼리형(AFC, Alkaline Fuel Cell), 인산형(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산형(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 및 고분자(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 연료전지로 분류된다.

연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공 급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되면서 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.

일반적으로 연료전지는 화석연료를 개질한 수소를 주성분으로 하는 수소가스와 공기 속의 산소를 연료로 사용하고 인산 전해질을 사용하는 연료전지인 인산형 연료전지를 제1 세대, 용융염을 전해질로 사용하며 650℃ 부근에서 작동되는 고온형 용융탄산염 연료전지를 제2 세대, 보다 높은 온도에서 작동하고 가장 높은 효율로 발전을 하는 고체산화물 연료전지를 제3 세대 연료전지라고 한다.

각각의 연료전지들은 그 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 알맞은 연료전지를 선택할 수 있으며, 이 중에서도 고체산화물 연료전지는 상대적으로 전해질의 위치제어가 쉽고, 전해질의 위치가 고정되어 있어서 전해질 고갈의 위험성이 없으며, 부식성이 약하여 소재의 수명이 길다는 장점으로 인하여 분산 발전용, 상업용 및 가정용으로서 각광을 받고 있다. 또한, 고체산화물 연료전지는 600~1000℃ 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 종래 여러 형태의 연료전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐만 아니라, 연료 개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 가지 장점을 지니고 있다.

한편, 이러한 고체산화물 연료전지는 단위셀만으로는 충분한 전압을 얻을 수 없는 바, 필요에 따라 스택 형태로 단위셀을 연결하여 사용하는데, 크게 튜브형과 평판형의 두 가지 형태로 구분된다. 이들 중 튜브형은 평판형에 비하여 스택 자체의 전력밀도는 다소 떨어지나, 시스템 전체의 전력밀도는 비슷한 것으로 평가되고 있다. 또한, 튜브형은 스택을 구성하는 단위셀들의 밀봉이 용이하고, 열응력에 대 한 저항성이 강한 동시에 스택의 기계적 강도가 높아 대면적 제조가 가능한 진보된 기술로서, 이에 대한 기술 연구가 활발히 진행되고 있다.

그리고, 튜브형 고체산화물 연료전지는 공기극을 지지체로 사용하는 공기극 지지체식 연료전지와 연료극을 지지체로 사용하는 연료극 지지체식 연료전지의 두 종류로 구분된다. 이 중 연료극 지지체식 연료전지가 진보된 형태로서, 현재의 고체산화물 연료전지는 연료극 지지체식을 중심으로 하여 연구 개발되고 있다.

튜브형 고체산화물 연료전지는 원통형, 평관형 등 다양한 단면 형상을 갖는 관체 구조로서, 연료극 지지체관의 외표면에 전해질층과 공기극이 순차적으로 적층된다. 상기와 같이 구성된 원통형 또는 평관형 단위 연료전지의 양 단부는 외부에 대하여 밀봉된 상태가 유지되면서 연료가스의 유로가 되는 내경부 즉, 연료극의 내경부 중공인 유로를 통해서만 연료가스가 공급될 수 있어야 하는 바, 종래에는 연료전지의 양 단부에 주로 유리 혹은 글라스 세라믹 등으로 만들어진 캡으로 결합시켜 왔다. 그러나, 캡의 절연특성 때문에 연료극 집전을 직접 할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 일본공개특허 제2002-289249호의 경우, 단위셀의 상, 하단부에 넓은 판을 이용하여 집전하는 방법을 이용하였으나, 이는 제작이 용이한 반면 집전 면적이 작아 효율이 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 한국등록특허 제681007호에서는 은(Ag)로 형성된 와이어로 공기극을 감아서 집전하는 방식을 이용하였다. 그러나, 이는 와이어가 단위셀에 닿는 부분이 면이 아닌 선이기 때문에 와이어를 감는 횟수를 늘림에 따라 전류집전이 잘 되지만, 집전을 위해 와이어를 감는 시간이 많이 소 요된다는 단점이 있을 뿐만 아니라 다른 단위셀과의 직렬, 병렬 연결이 용이하지 못하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 단위셀의 전류 집전 시 캡에 안착홈을 형성하고 도전체가 안착홈에 면 접촉되도록 삽입되어 집전면적을 넓힐 수 있는 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 간단한 도전체 접촉 구조에 의하여 제작 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 인접 단위셀들과의 직렬, 병렬 연결이 용이하면서도 적은 손실로 전류를 집전할 수 있는 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 단위셀은 중공을 가진 튜브 형상으로 형성된 제1 전극; 상기 제1 전극의 양단부를 제외한 외면에 형성된 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 전해질층; 및 상기 제1 전극의 일측단부에 결합된 캡;을 포함하되, 상기 캡은 도전체가 면 접촉되도록 삽입되는 적어도 하나의 안착홈을 포함한다.

또한, 상기 캡은 전도성 물질로 형성된다.

또한, 상기 안착홈은 상기 캡의 외주면을 따라 형성된다.

또한, 상기 안착홈은 상기 캡의 외주면과 수직되는 상부면을 가로지르며 형성된다.

또한, 상기 제1 전극은 연료극이고, 상기 제2 전극은 공기극으로 이루어진다.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 스택은 중공을 가진 튜브 형상의 제1 전극, 상기 제1 전극의 양단부를 제외한 외면에 형성된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하며, 상기 제1 전극의 일측단부에 캡이 결합된 다수개의 단위셀; 및 상기 다수개의 단위셀을 전기적으로 연결시키는 도전체;를 포함하되, 상기 도전체는 상기 캡의 외면에 형성된 적어도 하나의 안착홈에 면 접촉되도록 삽입된다.

또한, 상기 캡은 전도성 물질로 형성된다.

또한, 상기 안착홈은 상기 캡의 외주면을 따라 형성된다.

또한, 상기 도전체는 브레이징 방법에 의해 상기 안착홈에 고정된다.

또한, 상기 도전체는 상기 캡보다 열팽창률이 큰 금속으로 상기 도전체 상부에서 압입함에 의해 상기 안착홈에 고정된다.

또한, 상기 도전체는 와이어, 펠트, 메시로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 단위셀의 전류 집전 시 캡에 안착홈을 형성하고 도전체가 안착홈에 면 접촉되도록 삽입되어 집전면적을 넓힘으로써, 집전밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 간단한 도전체 접촉 구조에 의하여 제작 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 용접이나 도구 없이 인접 단위셀들과의 직렬, 병렬 연결이 용이하면서도 적은 손실로 전류를 집전시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 스택을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 연료전지는 다양한 단면 형상을 할 수 있는 바, 이하에서는 대표적인 형상인 원통형을 기준으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위셀을 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단위셀은 제1 전극(10), 제1 전극(10) 외면에 형성된 제2 전극(30), 제1 전극(10)과 제2 전극(30) 사이의 전해질층(20) 및 제1 전극(10)의 일측단부에 결합된 캡(40)을 포함한다. 여기서, 제1 전극(10)은 연료극, 제2 전극(30)은 공기극일 수 있다.

연료극(10)은 단면이 원통형인 중공을 가진 튜브 형상으로 형성되고, 공기극(30)은 연료극(10)의 양단부를 제외한 중앙부 외면에 형성된다. 그리고, 연료 극(10)과 공기극(30) 사이에는 전해질층(20)이 형성된다. 다시 말하면, 연료극(10)의 양단부에는 최외층인 공기극(30)이 없는 구조 즉, 단위셀의 양 단부는 연료극(10)의 외주면에 전해질층(20)이 피복된 2층의 적층 구조 또는 연료극(10)만이 존재하는 구조이다.

공기극(30)에 사용되는 전극재료로는 예를 들면 LSM(LaSrMnO₃)가 사용가능하고, 연료극(10)에 사용되는 전극재료로는 예를 들면, Ni/YSZ(cermet)이 사용가능하다. 여기서 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)은 지르코니아에 이트리아(Y₂O₃)를 도핑한 이트리아 안정화 지르코니아이다. 그리고, 전해질층(20) 재료로는 지르코니아(ZrO₂)를 사용하거나, YSZ을 사용할 수도 있다.

연료극(10)의 일측단부에는 결합된 캡(40)은 전도성 물질로 형성되며, 연료극(10)의 일측단부에 결합되는 바, 연료극(10)이 삽입될 수 있도록 일측 선단면이 개방되고, 타측 선단면은 연료극(10) 단부의 외주면을 둘러싸도록 내부공간을 가지며 막혀있는 형태이다. 예를 들면, 캡(40)은 일정 두께를 가지는 원형의 외주면(40b) 및 외주면(40b)과 수직되는 상단면(40a)으로 형성된다. 이러한 캡(40)은 연료극(10)의 일측단부에 결합 시 공기극(30)과 접촉되면 단락이 일어나므로, 공기극(30)과 접촉되지 않도록 결합하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 캡(40)이 전도성 물질이므로 연료극(10)은 캡(40)과 전기적으로 연결된 상태가 되면서 캡(40)과 공기극(30)은 전기적으로 접속되지 않은 상태가 되는 바, 캡(40)과 공기극(30)이 각각 (-)극과 (+)극이 된다.

캡(40)에는 적어도 하나의 안착홈(41)이 형성되어 있는데, 안착홈(41)은 단위셀을 이용하여 스택을 제조할 시 주변 단위셀 간을 연결하여 전류를 이동시키는 도전체(42)가 면 접촉되도록 삽입될 수 있는 공간이다. 이러한 안착홈(41)의 단면 형상은 안착홈(41)에 삽입되는 도전체(42)의 형상에 따라 달라질 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡의 일측을 나타내는 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡의 타측을 나타내는 사시도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 캡(40)의 외주면(40b)을 따라 반원의 단면 형상을 가지는 안착홈(41)이 형성되어 있다. 이때, 안착홈(41)은 캡(40)의 전체 외주면(40b)에 형성될 수도 있지만, 바람직하게는 도 2a 및 도 2b와 같이 일측에서 보이는 외주면(40b)에만 형성될 수 있다. 인접 단위셀 간의 연결 시 캡(40)에 나선형으로 도전체(42)를 감는 것이 아니라 캡(40)의 일측에 형성된 안착홈(41)에 도전체(42)를 면 접촉하도록 삽입함으로써, 스택의 제조 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 단위셀끼리 용이하게 연결할 수 있다. 안착홈(41)에 도전체(42)가 삽입된 형상에 대하여는 도 5 및 도 6에서 상세하게 설명한다.

도 3은 도 1의 A-A`를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단위셀은 중공을 가진 튜브 형상의 연료극(10)과, 연료극(10)의 단부를 제외한 외주면에 형성된 공기극(30)과, 연료극(10)과 공기극(30) 사이에 형성된 전해질층(20)을 포함한다. 그리고, 연료극(10)의 일측단부에는 캡(40)이 결합된다. 여기서, 전해 질층(20)은 연료극(10)의 단부에는 형성되지 않았으나, 절연성을 띠므로 연료극(10)의 단부까지 형성되어도 됨은 물론이다.

캡(40)은 외주면(40b), 외주면(40b)과 수직되는 상단면(40a)을 구비하되, 외주면(40b)에는 적어도 하나의 안착홈(41)이 형성되는데, 이는 스택을 제조할 시 도전체가 면 접촉되도록 삽입될 수 있는 공간이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위셀을 이용하여 제작된 스택을 나타내는 사시도이다.

도 4를 참조하면, 스택은 튜브 형상의 연료극(10), 전해질층(20), 공기극(30) 및 연료극(10)의 일측단부에 결합된 전도성의 캡(40)을 포함하는 단위셀이 규칙적으로 배열되어 도전체(42, 도 5 참조)에 의해 인접한 단위셀끼리 전기적으로 연결된다. 여기서, 도전체는 와이어, 펠트(felt), 메시(mesh)로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된다. 펠트는 금속 필라멘트가 솜 등과 같이 랜덤하게 뭉쳐진 다공성 구조를 일컫는다. 바람직하게, 최적의 상태로 면접촉을 위해 인접한 단위셀끼리 연결한다면, 캡(40)의 안착홈에 펠트를 감고 그 위에 와이어를 감아서 확실하게 접촉할 수 있도록 할 수 있다.

도 4에는 단위셀들을 전기적으로 연결시키기 위한 도전체에 대하여 미도시되었지만, 도전체는 캡(40)의 외주면(40b)에 형성된 안착홈(41)에 면 접촉되도록 삽입될 수 있다. 이에 의해 인접한 단위셀 간의 연결 시 용접이나 특별한 도구가 필요하지 않고, 용이하게 연결하여 전류를 이동시킬 수 있다. 상세한 도전체의 삽입 형태 및 단위셀들 간의 전기적인 연결 구조에 관해서는 도 5 및 도 6에서 상세하게 설명한다.

한편, 연료극(10)의 타측단부에는 연료를 공급, 배출할 수 있도록 매니폴드(50)가 설치될 수 있다. 여기서, 매니폴드(50)는 예시적인 것이며, 그 외 연료를 공급해줄 수 있는 다른 형태의 연료 공급 수단이 설치될 수도 있음은 물론이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도전체를 병렬 연결시킨 구조를 나타내는 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 도전체를 직렬 연결시킨 구조를 나타내는 측면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 캡(40)은 각 단위셀의 일측단부를 외부에 대해 폐쇄시키며, 단위셀의 일측단부에 노출된 연료극(10)에 결합되고, 캡(40)의 일측 외주면(40b)에 형성된 안착홈(41)에 도전체(42)를 삽입하여 면 접촉되도록 고정시킨다. 이러한 방식으로 인접한 단위셀들의 연료극(10)을 용접 없이 연속적으로 연결시킬 수 있다. 그리고, 공기극(30)의 외주면에는 축 방향을 따라 나선형으로 권취 결합된 금속 재질의 도전체(43)가 형성되어 있다. 여기서, 안착홈(41)에 도전체(42)를 고정시키는 방법으로 브레이징 방법을 사용할 수 있다.

브레이징(Brazing)이란, 두 결합 대상물보다 낮은 용융점을 갖는 용가재에 열을 가하여 용융시키고, 용융된 용가제가 모세관 현상에 의해 두 결합 대상물 사이로 흘러 들어간 후 응고하면서 두 결합 대상물을 결합시키는 방법이다.

안착홈에 도전체가 삽입된 영역을 가열하게 되면, 용가재가 용융되고, 용융된 용가제가 안착홈과 도전체 사이의 틈새를 매꾸게 되는 바, 용융된 용가제가 안착홈과 도전체 사이를 완전히 채운 상태에서 냉각, 응고됨으로써, 안착홈과 도전체 는 완벽하게 밀봉될 수 있다.

이때, 브레이징을 위한 가열 방법으로 다양한 방법이 있을 수 있으나, 금속의 산화를 방지하는 동시에 가열 시간을 단축하기 위하여서는 불활성 분위기 하에서의 고주파 유도 가열 또는 진공 가열이 바람직하다.

또한, 도 8을 참조하면, 안착홈에 도전체(72)를 고정시키는 다른 방법으로는 캡(70)보다 열팽창률이 큰 금속(71)으로 도전체(72) 상부에서 압입하여 도전체(72)와 함께 금속의 측부가 캡(70)의 안착홈에 고정시킬 수 있다. 즉, 캡(70)의 곡면에 도전체(72)를 넣고, 그 상부에 버튼식으로 누르듯이 고정시킬 수 있는 형상으로 제작된 금속(71)을 위치시킨 뒤, 압입하여 안착홈에 도전체(72)를 고정시킨다. 이에 의해 추후 고온에서 작동하더라도 조금이라도 느슨했던 부분들이 열팽창률에 의해 타이트하게 조여주거나 잡아줌으로써, 도전체(72)와 안착홈의 면 접촉이 잘 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라 단위셀들을 전기적으로 연결시킨 스택의 전류를 증가시키기 위해서는 도전체(42)에 의해 연료극(10)끼리 병렬 연결(도 5)된 단위셀의 수를 증가시켜야 하며, 큰 전압을 얻기 위해서는 연료극(10)의 도전체(42)와 공기극(30)의 나선형 도전체(43)를 접속시켜 직렬 연결(도 6)되는 단위셀의 수가 증가되도록 해야 한다.

원통형 단위셀의 중공으로 공급되는 수소는 지지체 및 전극 역할을 하는 연료극(10)에 전자를 내어놓고 수소 이온이 되며, 연료극(10)에 내어놓은 전자는 인접 단위셀의 공기극(30) 측으로 이동하여 산소 분자를 이온화시킨다. 산소 이온들 은 전해질층(20)을 통해 인접 연료극(10) 측으로 이동하여 인접 연료극(10)에서 수소 이온과 반응하여 물을 형성시키면서 연료전지 반응이 완성되며, 적층된 단위셀들은 상기와 같은 반응을 계속적으로 일으키면서 전기와 열을 발생시키게 된다.

도 5 및 도 6에는 예시적으로 3개의 단위셀을 나타내었으며, 도 5에서는 하나의 단위셀의 안착홈(41)에 삽입 고정된 도전체(42)를 인접 단위셀의 안착홈(41)에 병렬 연결하여 전류를 집전하였다. 또한, 도 6에서는 하나의 단위셀의 안착홈(41)에 삽입 고정된 도전체(42)를 인접 단위셀의 공기극(30)에 직렬 연결하여 전류를 집전하였다.

상기와 같이 인접 단위셀의 안착홈(41)끼리 병렬 연결된 단위셀을 도전체(42)를 이용하여 공기극(30)의 나선형 도전체(43)와 연결시켜 다수 개의 단위셀로 구성되는 스택 구조가 완성되며, 연료전지의 용량에 따라 병렬 연결된 단위셀의 수와 직렬 연결된 단위셀의 수를 적절히 조절할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡을 나타내는 사시도이다.

도 7을 참조하면, 안착홈(41)은 캡(40)의 외주면(40b)과 수직되는 상부면(40a)을 가로지르며 형성될 수 있다. 이에 의해 인접한 두 개의 단위셀을 전기적으로 연결할 시 안착홈(41)에 삽입된 도전체(43)가 일직선으로 단순하게 배열될 수 있음에 따라 스택 제조 시 각 단위셀 간의 전기적인 연결을 위한 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 안착홈(41)에 도전체(42)가 면 접촉되도록 삽입됨으로써, 집전 밀도를 향상시킬 수 있다.

전술한 실시예에서는 제1 전극이 연료극이고, 제2 전극이 공기극인 연료극 지지체형 연료전지의 단위셀을 예를 들어 설명하였지만, 제1 전극이 공기극이고, 제2 전극이 연료극인 공기극 지지체형 연료전지에도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위셀을 나타내는 사시도.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡의 일측을 나타내는 사시도.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡의 타측을 나타내는 사시도.

도 3은 도 1의 A-A`를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위셀을 이용하여 제작된 스택을 나타내는 사시도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도전체를 병렬 연결시킨 구조를 나타내는 측면도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 도전체를 직렬 연결시킨 구조를 나타내는 측면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡을 나타내는 사시도.

도 8은 본 발명의 안착홈에 도전체가 삽입 고정된 상태를 나타내는 단면도.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10 : 연료극 20 : 전해질층

30 : 공기극 40, 60 : 캡

41, 61 : 안착홈 42 : 도전체

43 : 나선형 도전체 50 : 매니폴드

Claims

중공을 가진 튜브 형상으로 형성된 제1 전극;

상기 제1 전극의 양단부를 제외한 외면에 형성된 제2 전극;

상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 전해질층; 및

상기 제1 전극의 일측단부에 결합된 캡;을 포함하되,

상기 캡은 도전체가 면 접촉되도록 삽입되는 적어도 하나의 안착홈을 포함하는 고체산화물 연료전지의 단위셀.
제1항에 있어서,

상기 캡은 전도성 물질로 형성되는 고체산화물 연료전지의 단위셀.
제1항에 있어서,

상기 안착홈은 상기 캡의 외주면을 따라 형성되는 고체산화물 연료전지의 단위셀.
제1항에 있어서,

상기 안착홈은 상기 캡의 외주면과 수직되는 상부면을 가로지르며 형성되는 고체산화물 연료전지의 단위셀.
제1항에 있어서,

상기 제1 전극은 연료극이고, 상기 제2 전극은 공기극으로 이루어지는 고체산화물 연료전지의 단위셀.
중공을 가진 튜브 형상의 제1 전극, 상기 제1 전극의 양단부를 제외한 외면에 형성된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하며, 상기 제1 전극의 일측단부에 캡이 결합된 다수개의 단위셀; 및

상기 다수개의 단위셀을 전기적으로 연결시키는 도전체;를 포함하되,

상기 도전체는 상기 캡의 외면에 형성된 적어도 하나의 안착홈에 면 접촉되도록 삽입되는 고체산화물 연료전지 스택.
제6항에 있어서,

상기 캡은 전도성 물질로 형성되는 고체산화물 연료전지 스택.
제6항에 있어서,

상기 안착홈은 상기 캡의 외주면을 따라 형성되는 고체산화물 연료전지 스택.
제6항에 있어서,

상기 안착홈은 상기 캡의 외주면과 수직되는 상부면을 가로지르며 형성되는 고체산화물 연료전지 스택.
제6항에 있어서,

상기 도전체는 브레이징 방법에 의해 상기 안착홈에 고정되는 고체산화물 연료전지 스택.
제6항에 있어서,

상기 도전체는 상기 캡보다 열팽창률이 큰 금속으로 상기 도전체 상부에서 압입함에 의해 상기 안착홈에 고정되는 고체산화물 연료전지 스택.
제6항에 있어서,

상기 도전체는 와이어, 펠트, 메시로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나로 형성되는 고체산화물 연료전지 스택.
제6항에 있어서,

상기 제1 전극은 연료극이고, 상기 제2 전극은 공기극으로 이루어지는 고체산화물 연료전지 스택.