혼합 가스 연료 전지 방식에 의한 벌집형 고체산화물연료전지의 단전지, 이를 이용한 스택 구조 및 그 작동 방법

Title
혼합 가스 연료 전지 방식에 의한 벌집형 고체산화물연료전지의 단전지, 이를 이용한 스택 구조 및 그 작동 방법
Authors
남석우오인환윤성필임태훈조은애하흥용한종희홍성안
Issue Date
2004-04-07
Publisher
한국과학기술연구원
Abstract
본 발명에서는, 벌집형 SOFC 단전지에 있어서, 탄화수소 부분산화[partial oxidation, 또는 산화개질 (oxyreforming)]용 촉매를 보유하고, 탄화수소 및 공기의 혼합 가스가 주입되는, 연료극 채널; 상기 연료극 채널과 독립적으로 설치되며, 탄화수소 비활성 촉매를 보유하고, 탄화수소 및 공기의 혼합 가스가 주입되는 공기극 채널; 및 상기 연료극 채널 및 상기 공기극 채널의 사이에 형성되는 이온 전도성 고체 전해질층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 MGFC 방식에 의한 벌집형 SOFC의 단전지를 개시하고, 또한, 상기 단전지가 복수개 적층되고, 상기 단전지의 연료극 채널 및 공기극 채널의 구멍 크기와 같은 크기의 구멍 크기를 갖는 망형태의 집전체가 상기 연료극 채널 및 상기 공기극 채널의 상단부 또는 하단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 MGFC 방식에 의한 벌집형 SOFC의 단전지를 이용한 스택 구조를 개시하며, 또한, 벌집형 SOFC의 작동 방법에 있어서, 벌집형 SOFC 스택 구조중 연료극 채널에 탄화수소 부분산화용 촉매 분말을 충진하거나 또는 코팅하는 단계(S1); 상기 벌집형 SOFC 스택구조중 공기극 채널에 탄화수소 비활성 촉매 분말을 충진하거나 또는 코팅하는 단계(S2); 및 상기 연료극 채널 및 상기 공기극 채널에 탄화수소 및 공기의 혼합가스를 동시에 주입하는 단계(S3); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 MGFC 방식에 의한 벌집형 SOFC의 작동 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 혼합 가스 연료 전지 방식에 의한 벌집형 고체산화물 연료전지의 단전지, 이를 이용한 스택 구조 및 그 작동 방법에 따라, 벌집형 SOFC에 있어서, 탄화수소와 공기 혼합가스를 직접 공기극 및 연료극에 동시에 주입함으로써, 기체밀봉이 필요 없이 벌집형 SOFC 전지를 작동시킬 수 있으며, 열충격에 강하고, z축 방향으로 적층이 용이한 장점을 갖는다. 또한, 단위부피 당 연료전지 반응 면적을 최대로 하여 출력밀도를 높일 수 있고, 연료극 쪽에 충진된 탄화수소 부분산화용 촉매에 의해 탄화수소의 전환율을 높여 연료극 쪽의 탄소 침적 문제를 해결할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 연료극 쪽 채널에 형성된 탄화수소 부분산화용 촉매에 의해 열사이클 시 저온까지 환원분위기를 유지할 수 있어 연료극의 산화-환원에 의한 전지 구조 변화를 최소화할 수 있다. 또한, 연료극 채널은 공기극 채널과 독립적으로 형성되어 있어 연료극 쪽에서 생성된 수소 및 일산화탄소와 같은 연료극 연료가 공기극 연료 즉, 산소와 섞이는 것을 방지할 수 있으므로 높은 개회로 전압 및 전지 성능을 달성할 수 있다. 또한, 종래의 MGFC 형의 SOFC 스택보다 연료극과 공기극 간의 크로스 오버 현상을 줄일 수 있다. 그리고, 전해질을 벌집형태로 제조함에 의해 기존의 압출 공정등을 이용할 수 있음에 따라 제조 단가를 낮출 수 있다.
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KIST Patent > 2004
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