(57)【要約】  本発明は、平板型固体酸化物燃料電池に関する技術であり、より詳しくは、燃料極に燃料と空気が出入りできる貫通孔が形成されることにより、ウィンドウフレームを省略可能であり、単位セルの構成が単純になることによって厚さが薄くて軽い平板型固体酸化物燃料電池に関する。
2019516214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個以上形成される燃料貫通孔及び空気貫通孔を含む燃料極、
前記燃料極の上側に位置する電解質層、
前記電解質層の上側に位置する空気極、及び
前記燃料極の表面、燃料貫通孔及び空気貫通孔のうち少なくとも一部をコーティングする絶縁コーティング層
を含む単位セルを含み、
前記単位セルは前記燃料極が支持体の役割をする、平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項２】
前記平板型固体酸化物燃料電池は、
前記単位セルの上部に位置する上部シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）と前記単位セルの下部に位置する下部シーラントとを含むシーラント層、
前記上部シーラントの上部に位置し、少なくとも１個以上の空気マニホールド（Ｍａｎｉｆｏｌｄ）及び燃料マニホールドが形成される空気極インターコネクト（Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）、及び
前記下部シーラントの下部に位置し、少なくとも１個以上の空気マニホールド（Ｍａｎｉｆｏｌｄ）及び燃料マニホールドが形成される燃料極インターコネクトを含む、請求項１に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項３】
前記燃料貫通孔及び前記空気貫通孔は、
前記燃料極の縁部に形成される、請求項１または２に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項４】
前記電解質層には、
前記燃料貫通孔と対応する燃料ガス通路及び前記空気貫通孔と対応する空気通路が形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項５】
前記電解質層は、
表面、前記燃料ガス通路及び前記空気通路のうち少なくとも一部に絶縁性物質がコーティングされる、請求項４に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項６】
前記絶縁コーティング層は、
絶縁性物質がコーティングされてなる、請求項１から５のいずれか一項に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項７】
前記絶縁性物質は、
イットリア安定化ジルコニア（Ｙｔｔｒｉａ−Ｓｔａｂｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ：ＹＳＺ）、ガドリニウムドープセリア（Ｇａｄｏｌｉｕｍ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｃｅｒｉａ：ＧＤＣ）、カルシア安定化ジルコニア（ＣａＯ−ｓｔａｖｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２：ＣＳＺ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス及び結晶化ガラスのいずれか一つ以上を含む、請求項６に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項８】
前記絶縁コーティング層は、
ディップコーティング及びスプレーコーティングのいずれか一つによって形成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【請求項９】
前記平板型固体酸化物燃料電池には、
前記シーラント層と前記空気極インターコネクトとの間に空気極集電体、及び
前記シーラント層と前記燃料極インターコネクトとの間に燃料極集電体がさらに含まれる、請求項２に記載の平板型固体酸化物燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は２０１６年８月１６日に韓国特許庁に出願された韓国特許出願第１０−２０１６−０１０３７２７号に基づいた優先権の利益を主張し、該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、平板型固体酸化物燃料電池に関する技術であり、より詳しくは、燃料極に燃料と空気が出入りできる貫通孔が形成されることにより、ウィンドウフレームを省略可能であり、単位セルの構成が単純になることによって厚さが薄くて軽い平板型固体酸化物燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、水素と空気中の酸素の電気化学反応によって直接的に電気を生産する装置であって、環境に優しく、エネルギー効率が高く、技術開発を通じた付加価値が高いエネルギー源である。特に、３世代燃料電池の固体酸化物燃料電池は、他の燃料電池に比べて、複雑な外部改質システムが必要でなく、白金等の貴金属電極触媒を用いず、液相電解質による腐食問題が発生しない等、低温型燃料電池で発生する色々な運転上の問題点を最小化できるという点と、高温運転時に適切な断熱を通じて運転温度の維持が可能であるだけでなく、様々な燃料を使用できるという長所を有している。
【０００４】
このような固体酸化物燃料電池は、単位電池の形態に応じて平板型と円筒型に区分し、特に、平板型固体酸化物燃料電池は、電解質支持体式固体酸化物燃料電池、負極支持体式固体酸化物燃料電池及び多孔性支持体式固体酸化物燃料電池に区分することができる。
【０００５】
円筒型固体酸化物燃料電池は、スタックを構成する単位電池の密封が容易であり、熱応力に対する抵抗性が強いと共にスタックの機械的強度が高いので大面積の製造が可能な長所はあるが、単位面積当たりの電力密度が低く、高価な製造工程が必要な問題がある。
【０００６】
また、電解質支持体式固体酸化物燃料電池は、厚い電解質層を有するので（約２００μｍ厚さ）高い電解質層のシート抵抗を示し、そのために高い運転温度が求められるようになり、多孔性支持体電池は、電極物質の他に新しい物質が追加的に用いられるので製造上より複雑であり、また、同一の支持体上に電池が構成されられるので電気的接続に問題が発生しうる。
【０００７】
そして、平板型固体酸化物燃料電池に構成されるウィンドウフレーム（ｗｉｎｄｏｗ  ｆｒａｍｅ）によって重さと体積が増加して燃料電池の加工に追加費用がかかるという問題点がある。ウィンドウフレーム、単位セル、メタルの接触は３相の界面でなされるため、３相界面を全て満たして接合できるシーラントを開発するのに困難がある。
【０００８】
したがって、現在、厚い電解質層による電解質層の抵抗損失を減らすために、電解質層を薄膜化して電池性能を増加できる負極支持体式固体酸化物燃料電池にウィンドウフレームを省略させた燃料電池構造について多くの研究が進められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、燃料電池の重さと体積を減少させるために燃料極に燃料及び空気が出入りできる貫通孔を形成することにより、ウィンドウフレームを省略可能な平板型固体酸化物燃料電池を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、貫通孔に燃料及び空気が流入するのを防止するために、燃料極に絶縁性物質がコーティングされた平板型固体酸化物燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る平板型固体酸化物燃料電池は、少なくとも１個以上形成される燃料貫通孔及び空気貫通孔を含む燃料極、前記燃料極の上側に位置する電解質層、前記電解質層の上側に位置する空気極、及び前記燃料極の表面、燃料貫通孔及び空気貫通孔のうち少なくとも一部をコーティングする絶縁コーティング層を含む単位セルを含み、前記単位セルは、前記燃料極が支持体の役割をすることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記平板型固体酸化物燃料電池は、前記単位セルの上部に位置する上部シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）と前記単位セルの下部に位置する下部シーラントとを含むシーラント層、前記上部シーラントの上部に位置し、少なくとも１個以上の空気マニホールド（Ｍａｎｉｆｏｌｄ）及び燃料マニホールドが形成される空気極インターコネクト（Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）、及び前記下部シーラントの下部に位置し、少なくとも１個以上の空気マニホールド（Ｍａｎｉｆｏｌｄ）及び燃料マニホールドが形成される燃料極インターコネクトを含むことを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記燃料貫通孔及び前記空気貫通孔は、前記燃料極の縁部に形成されることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記電解質層には、前記燃料貫通孔と対応する燃料ガス通路及び前記空気貫通孔と対応する空気通路が形成されることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記電解質層は、表面、前記燃料ガス通路及び前記空気通路のうち少なくとも一部に絶縁性物質がコーティングされることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記絶縁コーティング層は、絶縁性物質がコーティングされてなることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記絶縁性物質は、イットリア安定化ジルコニア（Ｙｔｔｒｉａ−Ｓｔａｂｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ：ＹＳＺ）、ガドリニウムドープセリア（Ｇａｄｏｌｉｕｍ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｃｅｒｉａ：ＧＤＣ）、カルシア安定化ジルコニア（ＣａＯ−ｓｔａｖｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２：ＣＳＺ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス及び結晶化ガラスのいずれか一つ以上を含むことを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記絶縁コーティング層は、ディップコーティング及びスプレーコーティングのいずれか一つによって形成されることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記平板型固体酸化物燃料電池には、前記シーラント層と前記空気極インターコネクトとの間に空気極集電体、及び前記シーラント層と前記燃料極インターコネクトとの間に燃料極集電体がさらに含まれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃料極に少なくとも１個以上の貫通孔が形成されることにより、ウィンドウフレームの省略が可能であり、固体酸化物燃料電池の重さと体積が減少するという効果がある。
【００２１】
また、燃料極及び貫通孔に絶縁物質をコーティングすることにより、反応ガスが単位セルの内部に浸透するのを防止して燃料電池の電池発生効率を増加できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による平板型固体酸化物燃料電池の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による平板型固体酸化物燃料電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態による平板型固体酸化物燃料電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を添付図面を参照して詳細に説明すれば以下のとおりである。ここで、繰り返される説明、本発明の要旨を不要に濁す恐れのある公知機能及び構成に関する詳細な説明は省略する。本発明の実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。よって、図面での要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００２４】
明細書の全体にかけて、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。
【００２５】
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施形態を提示する。但し、下記の実施形態は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、下記の実施形態によって本発明の内容が限定されるものではない。
【００２６】
＜平板型固体酸化物燃料電池＞
図１は、本発明の一実施形態による平板型固体酸化物燃料電池１００の断面図である。図２は、本発明の一実施形態による平板型固体酸化物燃料電池１００の分解斜視図である。図１及び図２を参照して本発明の一実施形態による平板型固体酸化物燃料電池１００について具体的に説明する。
【００２７】
平板型固体酸化物燃料電池１００は、少なくとも１個以上形成される燃料貫通孔１及び空気貫通孔２を含む燃料極１１、燃料極１１の上側に位置する電解質層１２、電解質層１２の上側に位置する空気極１３、及び燃料極１１の表面、燃料貫通孔１及び空気貫通孔２のうち少なくとも一部をコーティングする絶縁コーティング層１４を含む単位セル１０を含むことができる。
【００２８】
単位セル１０は燃料極１１が支持体の役割をする燃料極支持体式であり、電解質層１２が燃料極１１とその大きさが小さいかまたは同一に構成されることができる。燃料極１１と電解質層１２の大きさが同一な平板型固体酸化物燃料電池１００については後述する。
【００２９】
本発明の一実施形態による燃料極支持体式の単位セル１０は電解質層１１及び空気極１３が燃料極１１より小さい大きさに形成されることができ、この時、燃料極１１の面積が空気極１３の面積より広いので燃料極１１の分極抵抗を最小化できるという効果がある。
【００３０】
そして、燃料極支持体構造は、電解質層１２が５〜１０μｍ厚さの薄膜に形成されるので電解質層１２のシート抵抗を最小化することができ、それにより、燃料極支持体構造を含む固体酸化物燃料電池は、電解質支持体及び空気極支持体構造より低い温度で作動することができる。また、燃料極１１及び空気極１３が厚く形成されることにより、平板型固体酸化物燃料電池１００の機械的強度が増加できるという長所がある。
【００３１】
燃料極１１に形成された燃料貫通孔１及び空気貫通孔２は燃料極１１の縁部に形成され、２個以上の燃料貫通孔１または空気貫通孔２は対向する方向に形成されることができる。図２を参照すれば、２個の燃料貫通孔１は電解質層１２の左／右の両側面に対向するように形成され、空気貫通孔２は電解質層１２の上／下の両側面に対向するように形成されることができる。
【００３２】
なお、燃料貫通孔１及び空気貫通孔２が２個以上形成される場合、例えば、燃料貫通孔１が４個形成される場合、電解質層１２の左側に２個、右側に２個が形成されることができる。しかし、本発明による燃料貫通孔１及び空気貫通孔２の個数、大きさ及び形状はこれらに限定されないことに留意する。
【００３３】
燃料極１１に形成された燃料貫通孔１及び空気貫通孔２は、平板型固体酸化物燃料電池１００に燃料及び反応ガスが流動できる通路の役割をすることができるため、ウィンドウフレームの省略が可能である。従来の平板型固体酸化物燃料電池は、ウィンドウフレームに形成された通路を用いて上下に反応ガスを流動させたが、本発明は、燃料及び反応ガスが流動する通路を単位セル１０に形成させることにより、平板型固体酸化物燃料電池１００の構成のうちウィンドウフレームを省略できるという効果がある。
【００３４】
さらに、ウィンドウフレームが省略されることにより、平板型固体酸化物燃料電池１００の重さが減少してエネルギー効率を増加できるという長所がある。また、平板型固体酸化物燃料電池１００の構成が簡単になって製造費用の節減等の経済的な効果を得ることができる。
【００３５】
電解質層１２は、一般に二次電池において正極と負極を分離するセパレータ（ｓｅｐａｒａｔｅｒ）の役割をし、正極と負極のイオン移動を可能にする中間媒介体の役割をすることができる。よって、電解質層１２は、燃料ガスと酸化ガスが互いに通気しないように緻密な構造を有する。また、一般に固体酸化物燃料電池の電解質層１２は、熱化学的に安定した金属酸化物を用いて形成され、好ましくは、イットリア安定化ジルコニア（ｙｔｔｒｉａ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｚｉｒｃｏｎｉａ、ＹＳＺ）が用いられることができる。
【００３６】
空気極１３は、一般に酸素を供給すれば、外部回路から電子を受けて酸素を酸素イオンに還元させる役割をする。還元された酸素イオンは電解質層１２を通して燃料極１１に移動して、酸化された燃料と反応して水を生成する。よって、空気極１３は、電気化学反応が容易に起こるように多孔性構造を有する。さらに、空気極１３としてはペロブスカイト材質（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）が用いられることができる。
【００３７】
絶縁コーティング層１４は、反応ガス及び空気が単位セル１０の内部に浸透するのを防止する役割をすることができる。絶縁コーティング層１４は、絶縁性物質で燃料極１１の表面、燃料貫通孔１の内部及び空気貫通孔２の内部をコーティングすることによって形成されることができる。燃料貫通孔１及び空気貫通孔２の内部にコーティングされる場合、絶縁コーティング層１４は、環状の形態で、中心部分に反応ガス及び空気が出入りできる孔が形成されるようにコーティングされることに留意する。
【００３８】
さらに、絶縁性物質には非伝導性物質が含まれることができる。また、平板型固体酸化物燃料電池１００の浸漬工程中に温度によって物質の体積変化が大きい場合、平板型固体酸化物燃料電池１００の厚さが厚くなるため、絶縁性物質には熱膨張係数の低い物質が含まれることができる。
【００３９】
例えば、イットリア安定化ジルコニア（ｙｔｔｒｉａ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｚｉｒｃｏｎｉａ、ＹＳＺ）、カルシア安定化ジルコニア（ｃａｌｃｉａ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｚｉｒｃｏｎｉａ、ＣＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ｓｃａｎｄｉａ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ｚｉｒｃｏｎｉａ、ＳＳＺ）等のような、Ｙ、Ｃａ、ＮｉまたはＳｃがドープされたジルコニア（ＺｒＯ２）系酸化物、ガドリニアドープセリア（ｇａｄｏｌｉｎｉａ  ｄｏｐｅｄ  ｃｅｒｉａ、ＧＤＣ）、サマリウムドープセリア（ｓａｍａｒｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｃｅｒｉａ、ＳＤＣ）、イットリアドープセリア（ｙｔｔｒｉａ−ｄｏｐｅｄ  ｃｅｒｉａ、ＹＤＣ）等のような、Ｇｄ、ＹまたはＳｍがドープされたセリア（ＣｅＯ２）系酸化物、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス及び結晶化ガラスのいずれか一つ以上を含むことができる。
【００４０】
好ましくは、イットリア安定化ジルコニア（Ｙｔｔｒｉａ−Ｓｔａｂｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ、以下、ＹＳＺ）、ガドリニウムドープセリア（Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｃｅｒｉａ、以下、ＧＤＣ）、カルシア安定化ジルコニア（ＣａＯ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２、以下、ＣＳＺ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス及び結晶化ガラスのいずれか一つ以上を含むことができる。
【００４１】
ＹＳＺは、酸化ジルコニウム（ジルコニア）に酸化イットリウム（イットリア）を添加して常温にも安定するようにしたセラミック材料である。固体酸化物燃料電池１００の燃料極１１または電解質層１２を形成する物質として広く用いられる組成物であって、酸素イオン伝導性及び電気絶縁性に優れ、高い温度でも作動可能な長所がある。
【００４２】
ＧＤＣは、固体酸化物燃料電池１００の燃料極１１として用いられる組成物であって、イオン伝導性が高く、カーボンコーティング抵抗性を増加させて単位セル１０の性能を向上させる効果があり、炭化水素燃料の内部改質等が可能な長所がある。
【００４３】
ＣＳＺは、酸化ジルコニウム（ジルコニア）にカルシウム酸化物（カルシア）を添加して常温にも安定するようにしたセラミック材料であり、カルシアを添加することによってジルコニアの熱的安定性を向上させることができる。ＣＳＺは、キュービック結晶構造及びテトラゴナル（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）結晶構造が混在した状態である。テトラゴナル結晶構造は、温度が上昇すればキュービック結晶構造に変わり、温度が下降すればテトラゴナル結晶構造に変わり、このような結晶構造が変わる過程で体積の膨張及び収縮が繰り返される。また、伝導性が低く、多孔性構造が可能であるので、高い気体透過度及び優れた圧縮強度を有するという長所がある。
【００４４】
ガラス及び結晶化ガラスは、一般に固体酸化物燃料電池１００におけるシーラント層をなす組成物であり、単位セル１０とシールラント層の組成物を同一にして界面接着力を増加させることができる。
【００４５】
燃料極１１に絶縁性物質がコーティングされることにより、燃料貫通孔１に燃料が出入りする時、燃料が単位セル１０の内部に流入して空気極１３に供給された反応ガスまたは水素と接触するのを防止できるという長所がある。また、空気貫通孔２に出入りする反応ガスまたは水素が単位セル１０の内部に流入するのを防止する役割もできることに留意する。
【００４６】
絶縁コーティング層１４は、スパッタリング法、ＳＯＧ方法、スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ  ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ  ｃｏａｔｉｎｇ）、液滴吐出法（ｄｒｏｐｌｅｔ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｍｅｔｈｏｄ）（例えば、インクジェット方法、スクリーン印刷またはオフセット印刷）、ドクターナイフ（ｄｏｃｔｏｒ  ｋｎｉｆｅ）、ロールコータ（ｒｏｌｌ  ｃｏａｔｅｒ）、カーテンコータ（ｃｕｒｔａｉｎ  ｃｏａｔｅｒ）、ナイフコータ（ｋｎｉｆｅ  ｃｏａｔｅｒ）のいずれか一つによって形成されることができる。好ましくは、ディップコーティング及びスプレーコーティングのいずれか一つによって絶縁コーティング層１４が形成される。
【００４７】
ディップコーティングは、燃料極１１または電解質層１２を塗料中に漬けてから取り出して乾燥させる塗装法であり、形状が複雑でスプレーコーティングするのに適当でないものや、前後が同じ色のものに応用されることができる。
【００４８】
スプレーコーティングは、スプレーを用いて圧縮空気または圧送によって塗料を霧状態にして被塗面に噴霧して塗装するものであり、乾燥が速いためにブラッシングに適当でない塗料のために考案された方法である。
【００４９】
絶縁コーティング層１４は、本発明の一実施形態による燃料極１１に形成された燃料貫通孔１及び空気貫通孔２、または後述する本発明の他の実施形態による電解質層１２に形成された燃料ガス通路３及び空気通路４の内部面のように、複雑な形状や形態に絶縁性物質をコーティングしなければならないため、ディップコーティングまたはスプレーコーティングが好ましい。
【００５０】
図３は、本発明の他の実施形態による平板型固体酸化物燃料電池１００'の断面図である。本発明の他の実施形態による単位セル１０'は、燃料極１１と電解質層１２の大きさが同一な形態に、電解質層１２に燃料貫通孔１と対応する燃料ガス通路３及び空気貫通孔２と対応する空気通路４が形成されることができる。燃料ガス通路３と空気通路４は、燃料貫通孔１及び空気貫通孔２と対応する位置、大きさ、個数及び形状に形成されることに留意する。
【００５１】
また、電解質層１２の表面、燃料ガス通路３及び空気通路４のうち少なくとも一部に絶縁性物質がコーティングされて絶縁コーティング層１４が形成されることができる。すなわち、燃料極１１の下側及び電解質層１２の上側に絶縁コーティング層１４が形成される構造の単位セル１０'が形成されることができる。この時、電解質層１２の上側に形成される絶縁コーティング層１４は、空気極１３と対応する位置、大きさ及び形状の孔が形成され、孔は空気極１３から離隔して位置することができる。
【００５２】
さらに、絶縁性物質は、イットリア安定化ジルコニア（Ｙｔｔｒｉａ−Ｓｔａｂｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ、以下、ＹＳＺ）、ガドリニウムドープセリア（Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｃｅｒｉａ、以下、ＧＤＣ）、カルシア安定化ジルコニア（ＣａＯ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２、以下、ＣＳＺ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス及び結晶化ガラスのいずれか一つ以上を含むことができる。
【００５３】
例えば、絶縁性物質がＹＳＺ、ＧＤＣ及びＣＳＺのうちの１個以上である場合、電解質層１２と電解質層１２の上側に形成される絶縁コーティング層１４が同一の組成物から形成されることができるため、燃料貫通孔１及び空気貫通孔２の内部面と燃料極１１の下側にのみ絶縁性物質がコーティングされることができる。
【００５４】
したがって、本発明の他の実施形態による単位セル１０'を含む平板型固体酸化物燃料電池１００'の場合、絶縁物質をコーティングする面積が減少し、電解質層１２の面積が広くなることによって酸化−還元サイクルによって損傷を受けるかまたは構造変化がないため、構造的安定性が高いという長所がある。
【００５５】
本発明の一実施形態による平板型固体酸化物燃料電池１００及び本発明の他の実施形態による平板型固体酸化物燃料電池１００'は、単位セル１０、１０'の上部に位置する上部シーラント（Ｓｅａｌａｎｔ）２１と単位セル１０、１０'の下部に位置する下部シーラント２２とを含むシーラント層、上部シーラント２１の上部に位置し、少なくとも１個以上の空気マニホールド５及び燃料マニホールド６が形成される空気極インターコネクト（Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）３０、及び下部シーラント２２の下部に位置し、少なくとも１個以上の空気マニホールド５及び燃料マニホールド６が形成される燃料極インターコネクト４０を含むことができる。
【００５６】
シーラント層は、ガラス及び結晶化ガラスのいずれか一つからなり、単位セル１０と空気極インターコネクト３０及び燃料極インターコネクト４０を接合させる役割をする。よって、シーラント層は環状に形成されることができる。
【００５７】
燃料極１１と電解質層１２の大きさが互いに異なる場合、上部シーラント層２１は絶縁コーティング層１４と空気極インターコネクト３０を接合させ、下部シーラント層２２は絶縁コーティング層１４と燃料極インターコネクト４０を接合させることができる。よって、シーラント層は、単位セル１０、１０'と対応する位置及び大きさの孔が形成された四角形の環状に形成されることができる。
【００５８】
従来の場合、シーラント層は、インターコネクト、電極及びウィンドウフレームの３個の相と接合するため、３構成と全て接合できるシーラント層組成物を設計するのに困難があった。しかし、本発明は、燃料極１１の上下部に絶縁コーティング層１４が形成されることにより、シーラント層は絶縁コーティング層１４及び燃料極／空気極インターコネクト３０、４０組成物と接合力に優れた物質が設計できるため、費用節減等の経済的な効果を得ることができる。
【００５９】
空気極インターコネクト３０及び燃料極インターコネクト４０に形成された燃料マニホールド５は、燃料極１１に形成された燃料貫通孔１及び電解質層１２に形成された燃料ガス通路３と対応する位置に形成されることができる。
【００６０】
また、空気極インターコネクト３０及び燃料極インターコネクト４０は、複数の平板型固体酸化物燃料電池１００が積層されてスタック構造が形成される場合、積層された複数の単位セル１０を電気的に接続する役割をすると共に、燃料極１１と空気極１３に供給される２種類のガスが混合されず、単位セル１０に均一に供給されるように流路が形成されることができる。
【００６１】
空気極インターコネクト３０及び燃料極インターコネクト４０に形成された流路は、凹凸構造であって、空気極及び燃料極インターコネクト３０、４０の上面及び下面のいずれか一つ以上に形成されることができる。さらに、空気極インターコネクト３０に形成された流路と燃料極インターコネクト４０に形成された流路は垂直した方向に形成されて互いに連通しないことに留意する。そして、空気極インターコネクト３０に形成された流路を通して空気が供給され、燃料極インターコネクト４０に形成された流路を通して燃料ガスが供給される。
【００６２】
本発明の一実施形態による平板型固体酸化物燃料電池１００、１００'には、空気極集電体及び燃料極集電体がさらに含まれることができる。より詳細には、上部シーラント２１と空気極インターコネクト３０との間に空気極集電体が位置し、下部シーラント２２と燃料極インターコネクト４０との間に燃料極集電体が位置する。
【００６３】
集電体は、一般に燃料極１１または空気極１３が空気極及び燃料極インターコネクト３０、４０と電気的に均一に接触するように助ける役割をする。また、空気極集電体は多孔性の金属板や、金属メッシュ、導電性セラミックペースト等が用いられ、燃料極集電体はニッケルフォーム（Ｎｉ  ｆｏａｍ）が主に用いられている。
【００６４】
空気極及び燃料極集電体は、既存の公知技術を使用するのでそれに関する詳細な説明は省略する。
【００６５】
上記では本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業界で通常の知識を有した者であれば、以下の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域を逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることを理解するはずである。
【図１】
2019516214.tif 000003
【図２】
2019516214.tif 000004
【図３】
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【国際調査報告】
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