(57)【要約】【課題】本発明は、固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池モジュールに関する。【解決手段】本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池は、燃料極と、前記燃料極の外周を包むように形成され、前記燃料極を長さ方向に露出させる第１オープン部を有する電解質と、前記電解質の外周を包むように形成され、前記第１オープン部に対応する第２オープン部を有する空気極及び前記第１オープン部を覆うように形成された連結材からなる単位電池と、前記連結材に接するように形成され、前記燃料極の電流を集電する第１集電部材と、前記第１集電部材を覆うように形成された絶縁部材と、前記空気極に接するように形成され、前記空気極の電流を集電する第２集電部材と、前記第１集電部材、絶縁部材及び第２集電部材を前記単位電池と一体化して固定するための固定手段と、を含む。【選択図】図２
2013073932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、前記燃料極の外周を包むように形成され、前記燃料極を長さ方向に露出させる第１オープン部を有する電解質と、前記電解質の外周を包むように形成され、前記第１オープン部に対応する第２オープン部を有する空気極及び前記第１オープン部を覆うように形成された連結材からなる単位電池と、
前記連結材に接するように形成され、前記燃料極の電流を集電する第１集電部材と、
前記第１集電部材を覆うように形成された絶縁部材と、
前記空気極に接するように形成され、前記空気極の電流を集電する第２集電部材と、
前記第１集電部材、絶縁部材及び第２集電部材を前記単位電池と一体化して固定するための固定手段と、
を含む固体酸化物燃料電池。
【請求項２】
前記絶縁部材はセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）からなる請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項３】
前記燃料極と連結材との間に形成されたバリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）をさらに含む請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項４】
前記バリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）は、ステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ；ＳＵＳ）からなる請求項３に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項５】
前記第１集電部材及び第２集電部材は、金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）形態である請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項６】
前記金属は銀（Ａｇ）である請求項５に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項７】
前記連結材と前記第１集電部材との間に形成されたメッシュ（ｍｅｓｈ）状伝導性部材及び伝導性ペースト層をさらに含む請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項８】
前記空気極と第２集電部材との間に形成されたメッシュ（ｍｅｓｈ）状伝導性部材及び伝導性ペースト層をさらに含む請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項９】
前記固定手段はワイヤ（ｗｉｒｅ）である請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１０】
前記ワイヤ（ｗｉｒｅ）は銀（Ａｇ）からなる請求項９に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１１】
それぞれ燃料極と、前記燃料極の外周を包むように形成され、前記燃料極を長さ方向に露出させる第１オープン部を有する電解質と、前記電解質の外周を包むように形成され、前記第１オープン部に対応する第２オープン部を有する空気極及び前記第１オープン部を覆うように形成された連結材からなる複数個の単位電池と、
前記連結材に接するように形成され、前記燃料極の電流を集電する第１集電部材と、
前記第１集電部材を覆うように形成された絶縁部材と、
前記空気極に接するように形成され、前記空気極の電流を集電する第２集電部材と、
前記第１集電部材、絶縁部材及び第２集電部材を前記単位電池と一体化して固定するための固定手段と、
前記複数個の単位電池を連結するための接合部材と、
を含む固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１２】
前記接合部材は、前記複数個の単位電池のうち何れか一つの単位電池の第１集電部材及び第２集電部材と、他の単位電池の第２集電部材及び第１集電部材と、をそれぞれ連結する請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１３】
前記接合部材は、前記複数個の単位電池のうち何れか一つの単位電池の第１集電部材及び第２集電部材と、他の単位電池の第１集電部材及び第２集電部材と、をそれぞれ連結する請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１４】
前記絶縁部材はセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）からなる請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１５】
前記燃料極と連結材との間に形成されたバリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）をさらに含む請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１６】
前記バリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）はステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ；ＳＵＳ）からなる請求項１５に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１７】
前記第１集電部材及び第２集電部材は金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）形態である請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１８】
前記金属は銀（Ａｇ）である請求項１７に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１９】
前記固定手段はワイヤ（ｗｉｒｅ）である請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【請求項２０】
前記ワイヤ（ｗｉｒｅ）は銀（Ａｇ）からなる請求項１９に記載の固体酸化物燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは、燃料（水素、ＬＮＧ、ＬＰＧなど）と空気（酸素）の化学エネルギーを電気化学的反応により電気及び熱に直接変換する装置である。既存の発電技術が燃料燃焼、蒸気発生、タービン駆動、発電機駆動などの過程を経ることと異なり、燃料電池は、燃料燃焼やタービン駆動の過程がないため、効率が高いだけでなく、環境問題を誘発しない新しい概念の発電技術である。
このような燃料電池は、ＳＯＸとＮＯＸなどの大気汚染物質をほとんど排出せず、二酸化炭素の発生も少ないため、無公害発電が可能であり、低騷音、無振動などの長所を有している。
【０００３】
燃料電池には、リン酸型燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＰＡＦＣ）、アルカリ型燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＡＦＣ）、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＤＭＦＣ）、固体酸化物燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＳＯＦＣ）など様々な種類があり、このうち固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、高効率発電及び石炭ガス−燃料電池−ガスタービンなどの複合発電が可能であり、発電容量の多様性を有しているため、小型、大型発電所または分散型電源に適している。従って、固体酸化物燃料電池は、今後の水素経済社会への進入のために必須の発電技術である。
一方、固体酸化物燃料電池は、平板型、管型に大別することができる。
【０００４】
従来技術による平板型の固体酸化物燃料電池は、韓国特許登録第０３４１４０２号に開示されており、管型のうち円筒型の固体酸化物燃料電池は、韓国特許登録第０３４４９３６号に開示されている。
従来技術による平板型の固体酸化物燃料電池は、製造コストが低いという長所を有しているが、単電池を積層する際に空気またはガスがもれないようにする高温のシール（ｓｅａｌ）が必要であり、このようなシール（ｓｅａｌ）は長期耐久性が安定しておらず熱衝撃によるクラック（ｃｒａｃｋ）が発生するという問題がある。
【０００５】
また、従来技術による管型の固体酸化物燃料電池は、平板型と異なり、シール（ｓｅａｌ）を必要とせず、長期耐久性に優れ、熱衝撃に対して安定である反面、単電池を積層する場合、大きな体積を占めるため、体積当たりの出力密度が相対的に低いという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明の一側面は、熱衝撃に対して安定であるとともに高出力が可能な固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の側面は、内部に位置した燃料極の集電及び外部に位置した空気極の集電を同時に外部で行うことができる固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池モジュールを提供することを目的とする
【０００８】
本発明のまた他の側面は、単位電池間の直列及び並列連結が容易な固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池は、燃料極と、前記燃料極の外周を包むように形成され、前記燃料極を長さ方向に露出させる第１オープン部とを有する電解質と、前記電解質の外周を包むように形成され、前記第１オープン部に対応する第２オープン部を有する空気極及び前記第１オープン部を覆うように形成された連結材からなる単位電池と、前記連結材に接するように形成され、前記燃料極の電流を集電する第１集電部材と、前記第１集電部材を覆うように形成された絶縁部材と、前記空気極に接するように形成され、前記空気極の電流を集電する第２集電部材と、前記第１集電部材、絶縁部材及び第２集電部材を前記単位電池と一体化して固定するための固定手段と、を含む。
【００１０】
ここで、前記絶縁部材は、セラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）からなることができる。
また、前記燃料極と連結材との間に形成されたバリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）をさらに含むことができる。
ここで、前記バリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）は、ステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ；ＳＵＳ）からなることができる。
【００１１】
また、前記第１集電部材及び第２集電部材は、金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）形態であってもよく、前記金属は、銀（Ａｇ）であってもよい。
また、前記連結材と前記第１集電部材との間に形成されたメッシュ（ｍｅｓｈ）状伝導性部材及び伝導性ペースト層をさらに含むことができる。
【００１２】
また、前記空気極と第２集電部材との間に形成されたメッシュ（ｍｅｓｈ）状伝導性部材及び伝導性ペースト層をさらに含むことができる。
また、前記固定手段は、ワイヤ（ｗｉｒｅ）であってもよく、前記ワイヤ（ｗｉｒｅ）は、銀（Ａｇ）からなってもよい。
【００１３】
また、本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池モジュールは、燃料極と、前記燃料極の外周を包むように形成され、前記燃料極を長さ方向に露出させる第１オープン部を有する電解質と、前記電解質の外周を包むように形成され、前記第１オープン部に対応する第２オープン部を有する空気極及び前記第１オープン部を覆うように形成された連結材からなる単位電池と、前記連結材に接するように形成され、前記燃料極の電流を集電する第１集電部材と、前記第１集電部材を覆うように形成された絶縁部材と、前記空気極に接するように形成され、前記空気極の電流を集電する第２集電部材と、前記第１集電部材、絶縁部材及び第２集電部材を前記単位電池と一体化して固定するための固定手段と、前記複数個の単位電池を連結するための接合部材と、を含む。
【００１４】
ここで、前記接合部材は、前記複数個の単位電池のうち何れか一つの単位電池の第１集電部材及び第２集電部材と、他の単位電池の第２集電部材及び第１集電部材と、をそれぞれ連結することができる。
また、前記接合部材は、前記複数個の単位電池のうち何れか一つの単位電池の第１集電部材及び第２集電部材と、他の単位電池の第１集電部材及び第２集電部材と、をそれぞれ連結することができる。
【００１５】
また、前記絶縁部材は、セラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）からなることができる。
また、前記燃料極と連結材との間に形成されたバリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）をさらに含むことができる。
【００１６】
ここで、前記バリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）は、ステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ；ＳＵＳ）からなることができる。
また、前記第１集電部材及び第２集電部材は、金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）形態であってもよく、前記金属は、銀（Ａｇ）であってもよい。
また、前記固定手段は、ワイヤ（ｗｉｒｅ）であってもよく、前記ワイヤ（ｗｉｒｅ）は、銀（Ａｇ）からなってもよい。
【００１７】
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、燃料極の集電部材及び空気極の集電部材が両方とも外部に形成されているため、単位電池間の直列または並列連結を容易に具現できるという効果を有する。
また、本発明は、単位電池から空気極及び電解質を長さ方向に一部除去して燃料極の一部を長さ方向に露出し、露出された燃料極に連結材を形成することにより、燃料極の電流を外部で容易に集電できるという効果を有する。
また、本発明は、燃料極及び空気極の集電のための集電部材を単位電池の長さ方向に長く形成することにより、電流の集電効率が向上するという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。本明細書において、第１、第２などの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。
【００２０】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
[固体酸化物燃料電池]
図１は、本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池の単位電池の構造を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池の構造を示す斜視図であり、図３は、本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池のＡ−Ａ´断面を示す断面図である。
【００２１】
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池２００は、単位電池１００と、第１集電部材１５０と、第２集電部材１６０と、固定手段１８０と、を含む。
【００２２】
単位電池１００は、電気エネルギーを生成する基本単位であって、燃料極１１０と、電解質１２０と、空気極１３０と、連結材１４０と、を含むことができる。単位電池１００に含まれる各構成を説明すると次のとおりである。
燃料極１１０は、外周を包むように形成された電解質１２０及び空気極１３０を支持する機能を行う。
【００２３】
従って、燃料極１１０は、支持力を確保するために電解質１２０及び空気極１３０より相対的に厚くてもよく、射出工程などにより形成されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２４】
また、燃料極１１０は、図１に図示したように、円筒型に形成され、マニホールド（不図示）から燃料である水素（Ｈ２）の供給を受け、電極反応によりマイナス（−）電流を生成する。
【００２５】
ここで、燃料極１１０は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（Ｙｔｔｒｉａ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ；ＹＳＺ）を用いて形成され、酸化ニッケル（ＮｉＯ）が水素（Ｈ２）により金属ニッケルに還元されて電子伝導性を発揮し、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）は酸化物としてイオン伝導性を発揮する。
【００２６】
ここで、燃料極１１０を形成する酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の重量比は、例えば、５０：５０または４０：６０であってもよく、特にこれに限定されるものではない。
【００２７】
電解質１２０は、空気極１３０から発生した酸素イオンを燃料極１１０に伝達する機能を行うものであって、燃料極１１０の外周を包むように形成されることができる。
ここで、電解質１２０は、プラズマスプレー法（ｐｌａｓｍａ  ｓｐｒａｙ）、電気化学蒸着法、スパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、イオンビーム法、イオン注入法などの乾式法や、テープキャスティング法（ｔａｐｅ  ｃａｓｔｉｎｇ）、スプレーコーティング法（ｓｐｒａｙ  ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング法（ｄｉｐ  ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーンプリンティング法（ｓｃｒｅｅｎ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、ドクターブレード法（ｄｏｃｔｏｒ  ｂｌａｄｅ）などの湿式法でコーティングした後、１，３００℃〜１，５００℃で焼結して形成することができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２８】
ここで、電解質１２０は、イットリア安定化ジルコニア（Ｙｔｔｒｉａ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ；ＹＳＺ）またはスカンジウム安定化ジルコニア（Ｓｃａｎｄｉｕｍ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ；ＳｃＳＺ）、ドープランタンガレート酸化物（Ｄｏｐｅｄ  Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  ｇａｌｌａｔｅ  ｏｘｉｄｅｓ；ＬＳＧＭ）などを用いて形成されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
一方、電解質１２０は、イオン伝導率が低く、抵抗分極による電圧降下の発生が少ないため、できるだけ薄く形成するのが好ましいが、特にこれに限定されるものではない。
【００２９】
また、電解質１２０に気孔が生じると、燃料（水素）と空気（酸素）が直接反応するクロスオーバー（ｃｒｏｓｓ  ｏｖｅｒ）現象が発生し、効率が低下するため、欠陥が発生しないように気を付けなければならない。
【００３０】
空気極１３０は、酸化雰囲気が組成された外部から空気（酸素）の供給を受けて、電極反応によりプラス（＋）電流を生成するものであって、電解質１２０の外周を包むように形成されることができる。
【００３１】
ここで、空気極１３０は、電子伝導性が高いランタンストロンチウムマンガナイト（（Ｌａ０．８４Ｓｒ０．１６）ＭｎＯ３）などを電解質１２０と類似した乾式法または湿式法でコーティングした後、１，２００℃〜１，３００℃で焼結して形成することができる。
【００３２】
一方、空気極１３０は特にこれに制限されるものではなく、例えば、空気（酸素）がランタンストロンチウムマンガナイト（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  Ｍａｎｇａｎｉｔｅ；ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルトフェライト（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  Ｃｏｂａｌｔ  Ｆｅｒｒｉｔｅ；ＬＳＣＦ）などの触媒作用により、酸素イオンに転換され、電解質１２０を介して燃料極１１０に伝達されることができる。
【００３３】
図１及び図３に図示されたように、本実施例による単位電池１００の電解質１２０には燃料極１１０を長さ方向に長く露出させる第１オープン部１２５が形成されることができ、空気極１３０には第１オープン部１２５に対応する第２オープン部１３５が形成されることができる。
ここで、第１オープン部１２５の幅及び長さは、第２オープン部１３５の幅及び長さより小さく形成されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３４】
本実施例による単位電池１００は、前記第１オープン部１２５及び第２オープン部１３５により内部に配置された燃料極１１０を長さ方向に長く露出させる構造を有する。
前記のように露出された燃料極１１０は電解質１２０が除去された状態であるため、前記露出された燃料極１１０上に、燃料極１１０内部の水素（Ｈ２）燃料が電解質１２０が除去された部分からもれないようにする機能を行うバリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）１１５（図３参照）を形成することができる。
【００３５】
ここで、バリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）１１５にステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ；ＳＵＳ）のように密度の高い物質が使用されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３６】
本実施例による露出された燃料極１１０上に形成されたバリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）１１５上には、燃料極１１０から生成されたマイナス（−）電流を単位電池１００の外部に伝達するための連結材１４０が形成されることができる。
【００３７】
ここで、連結材１４０は、燃料極１１０から生成されたマイナス（−）電流を集電するための部材であるため、電気伝導性物質からなるべきであり、本実施例ではランタンストロンチウムコバルト酸化物（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  Ｃｏｂａｌｔ  ｏｘｉｄｅｓ；ＬＳＣ）、ドープランタンクロマイト（Ｄｏｐｅｄ  Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  ｃｈｒｏｍｉｔｅ）などを使用しているが、特にこれに限定されるものではない。
【００３８】
連結材１４０は、前記バリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）１１５を覆うように形成されることができる。
このように、本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、燃料極１１０を長さ方向に長く露出させ、露出された燃料極１１０を覆う連結材１４０を形成することにより、連結材１４０もまた、図１に図示したように、単位電池１００に対して長さ方向に長く形成されることができ、これにより集電面積が広くなり、燃料極１１０から生成されたマイナス（−）電流の集電効率を向上させることができる。
【００３９】
本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、連結材１４０を介して燃料極１１０から生成されたマイナス（−）電流を集電するために連結材１４０上に形成される第１集電部材１５０と、空気極１３０から生成されたプラス（＋）電流を集電するために空気極１３０表面に形成される第２集電部材１６０と、を含むことができる。
【００４０】
ここで、第１集電部材１５０及び第２集電部材１６０は、図２に図示したように、金属からなるストリップ（ｓｔｒｉｐ）形態、リボン（ｒｉｂｂｏｎ）形態またはワイヤ（ｗｉｒｅ）形態であってもよいが、特にこれに限定されるものではない。
【００４１】
ここで、前記金属は、銀（Ａｇ）であってもよいが、特にこれに限定されるものではなく、８００℃の高温で耐酸化性を有し、且つ電気伝導度に優れた物質であれば何でも適用することができる。
【００４２】
本実施例では、図２及び図３に図示されたように、前記第１集電部材１５０上に、第１集電部材１５０を覆うように形成された絶縁部材１７０をさらに含むことができる。
ここで、絶縁部材１７０としてはセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）を用いることができるが、特にこれに限定されるものではなく、８００℃の高温で変形及び焼失しない耐熱性を有する絶縁物質であれば何でも適用することができる。
【００４３】
本実施例では、前記第１集電部材１５０と連結材１４０との間に、接触抵抗を減少させるとともに集電効率を向上させるための伝導性部材をさらに含むことができる。
例えば、前記伝導性部材は、メッシュ（ｍｅｓｈ）状伝導性部材及び伝導性ペーストを含むことができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４４】
即ち、図面に図示してはいないが、連結材１４０に伝導性ペーストを印刷し、前記伝導性ペースト上にメッシュ（ｍｅｓｈ）状伝導性部材を接合した後、その上に第１集電部材１５０を接合することができる。
ここで、前記伝導性部材は金属からなることができ、前記金属は銀（Ａｇ）が使用されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４５】
また、本実施例では、空気極１３０の表面を高温耐酸化性金属メッシュ（ｍｅｓｈ）（不図示）で包んだ後、前記金属メッシュ（ｍｅｓｈ）上に第２集電部材１６０を形成することができる。
【００４６】
ここで、空気極１３０の表面と前記金属メッシュ（ｍｅｓｈ）（不図示）との間の接触効率を向上させるために、空気極１３０の表面と金属メッシュ（ｍｅｓｈ）（不図示）との間に伝導性物質、例えば、金属ペーストを塗布することができる。ここで、前記金属は銀（Ａｇ）が使用されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４７】
本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、燃料極１１０に連結された連結材１４０と、第１集電部材１５０及び絶縁部材１７０、空気極１３０上に配置された第２集電部材１６０を単位電池１００に一体化して固定するための固定手段１８０をさらに含むことができる。
【００４８】
即ち、図２〜図３に図示されたように、単位電池１００上に第１集電部材１５０及び第２集電部材１６０を配置し、前記第１集電部材１５０を絶縁部材１７０で覆った後、固定手段１８０でこれらを包んで単位電池１００に固定する。
【００４９】
ここで、固定手段１８０には伝導性を有する金属ワイヤ（ｗｉｒｅ）を用いることができ、前記金属としては銀（Ａｇ）が使用されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００５０】
ここで、固定手段１８０は、図２に図示したように、単位電池１００及びその上に配置された第１集電部材１５０及び第２集電部材１６０を単位電池１００の長さ方向に包むことができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００５１】
本実施例による固体酸化物燃料電池２００における単位電池１００の上部、即ち、図４において単位電池１００の上側に位置する第１集電部材１５０及び第２集電部材１６０は、後工程で他の固体酸化物燃料電池２００と容易に連結されるように折り曲げられた形態であってもよいが、特にこれに限定されるものではない。
【００５２】
また、図面上に図示してはいないが、図４に基づき、単位電池１００の下側にも第１集電部材１５０及び第２集電部材１６０が長く突出して折り曲げられた形態に形成されることができる。
【００５３】
[固体酸化物燃料電池モジュール]
図４は、本発明の一実施例により、固体酸化物燃料電池を直列に連結した固体酸化物燃料電池モジュールの構造を示す斜視図であり、図５は、図４に示した固体酸化物燃料電池モジュールを示す平面図であり、図６は、本発明の一実施例により固体酸化物燃料電池を並列に連結した固体酸化物燃料電池モジュールの構造を示す斜視図であり、図７は、図６に示した固体酸化物燃料電池モジュールを示す平面図である。
【００５４】
本実施例では、前記固体酸化物燃料電池に対応する構成に対する説明は省略し、複数個の固体酸化物燃料電池及び該燃料電池の各構成に対して区別するために、最初の符号にＡ〜Ｄをさらに付記する。
また、前記構成と重複する構成に対する説明は本実施例では省略する。
【００５５】
図４及び図５を参照すると、複数個の固体酸化物燃料電池２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄを直列に連結した固体酸化物燃料電池モジュール４００が開示されている。
それぞれの固体酸化物燃料電池２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄに対する説明は前記固体酸化物燃料電池で詳細に説明したため、本実施例では省略する。
通常、直列連結は、プラス（＋）電極とマイナス（−）電極、即ち、相違する電極どうしが連結された状態を意味する。
【００５６】
従って、直列に連結された固体酸化物燃料電池モジュール４００は、図５に図示されたように、第１の固体酸化物燃料電池２００Ａでマイナス（−）電流が集電された（燃料極１１０から生成された）第１集電部材１５０Ａと、第２の固体酸化物燃料電池２００Ｂでプラス（＋）電流が集電された（空気極１３０から生成された）第２集電部材１６０Ｂとが第１接合部材３００Ａによって連結されることができる。
【００５７】
同様に、第２の固体酸化物燃料電池２００Ｂでマイナス（−）電流が集電された第１集電部材１５０Ｂと、第３の固体酸化物燃料電池２００Ｃでプラス（＋）電流が集電された第２集電部材１６０Ｃとが第２接合部材３００Ｂによって連結されることができる。
【００５８】
また、第３の固体酸化物燃料電池２００Ｃでマイナス（−）電流が集電された第１集電部材１５０Ｃと、第４の固体酸化物燃料電池２００Ｄでプラス（＋）電流が集電された第２集電部材１６０Ｄとが第３接合部材３００Ｃによって連結されることができる。
【００５９】
このように連結することにより、第１の固体酸化物燃料電池２００Ａ、第２の固体酸化物燃料電池２００Ｂ、第３の固体酸化物燃料電池２００Ｃ及び第４の固体酸化物燃料電池２００Ｄが直列に連結されることができる。
【００６０】
また、直列に連結された第１〜第４の固体酸化物燃料電池２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄのプラス（＋）端子とマイナス（−）端子は、それぞれ、図５に図示されたように、第１の固体酸化物燃料電池２００Ａの第２集電部材１６０Ａと、第４の固体酸化物燃料電池２００Ｄの第１集電部材１５０Ｄと、であってもよい。
【００６１】
ここで、第１接合部材３００Ａ、第２接合部材３００Ｂ及び第３接合部材３００Ｃには、耐酸化性及び電気伝導性に優れた物質が使用されることができるが、特にこれに限定されるものではなく、非伝導性物質もまた使用することができる。
【００６２】
また、図６〜図７を参照すると、複数個の固体酸化物燃料電池２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄを並列に連結した固体酸化物燃料電池モジュール６００が開示されている。
【００６３】
通常、並列連結は、プラス（＋）電極とプラス（＋）電極、マイナス（−）電極とマイナス（−）電極、即ち、同一の電極どうしが連結された状態を意味する。
従って、並列に連結された固体酸化物燃料電池モジュール６００は、図７に図示されたように、第１の固体酸化物燃料電池２００Ａでマイナス（−）電流が集電された（燃料極１１０から生成された）第１集電部材１５０Ａと、第２の固体酸化物燃料電池２００Ｂでマイナス（−）電流が集電された（燃料極１１０から生成された）第１集電部材１５０Ｂとが第１接合部材５００Ａによって連結されることができる。
【００６４】
同様に、第２の固体酸化物燃料電池２００Ｂでプラス（＋）電流が集電された第２集電部材１６０Ｂと、第３の固体酸化物燃料電池２００Ｃでプラス（＋）電流が集電された第２集電部材１６０Ｃとが第２接合部材５００Ｂによって連結されることができる。
【００６５】
また、第３の固体酸化物燃料電池２００Ｃでマイナス（−）電流が集電された第１集電部材１５０Ｃと、第４の固体酸化物燃料電池２００Ｄでマイナス（−）電流が集電された第１集電部材１５０Ｄとが第３接合部材５００Ｃによって連結されることができる。
【００６６】
また、第４の固体酸化物燃料電池２００Ｄでプラス（＋）電流が集電された第２集電部材１６０Ｄと、第１の固体酸化物燃料電池２００Ａでプラス（＋）電流が集電された第２集電部材１６０Ａとが第４接合部材５００Ｄによって連結されることができる。
【００６７】
また、図７を参照すると、マイナス（−）電流が集電される第１集電部材を連結した第１接合部材５００Ａ及び第３接合部材５００Ｃを連結する第１連結部材１５０Ｅと、プラス（＋）電流が集電される第２集電部材を連結した第２接合部材５００Ｂ及び第４接合部材５００Ｄを連結する第２連結部材１６０Ｅと、をさらに含むことができる。
ここで、第１連結部材１５０Ｅと第２連結部材１６０Ｅは、互いに接しないように形成されなければならない。
【００６８】
このように連結することにより、第１の固体酸化物燃料電池２００Ａ、第２の固体酸化物燃料電池２００Ｂ、第３の固体酸化物燃料電池２００Ｃ及び第４の固体酸化物燃料電池２００Ｄが並列に連結されることができ、並列に連結された第１〜第４の固体酸化物燃料電池２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄの前記マイナス（−）端子及びプラス（＋）端子は、それぞれ第１連結部材１５０Ｅ及び第２連結部材１６０Ｅであってもよい。
【００６９】
ここで、第１接合部材５００Ａ、第２接合部材５００Ｂ、第３接合部材５００Ｃ及び第４接合部材５００Ｄは、耐酸化性及び電気伝導性に優れた物質が使用されることができるが、特にこれに限定されず、非伝導性物質もまた使用することができる。
【００７０】
前記のように、本実施例による固体酸化物燃料電池モジュール４００、６００は、燃料極１１０から生成されたマイナス（−）電流を集電する第１集電部材１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄと、空気極１３０から生成されたプラス（＋）電流を集電する第２集電部材１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃ、１６０Ｄとが両方とも燃料電池の外部に露出されているため、接合部材を用いて容易に直列または並列に連結することができる。
【００７１】
また、本実施例では、４個の固体酸化物燃料電池を用いたモジュールを実施例として説明したが、これは単に実施例に過ぎず、より少数またはより多数の固体酸化物燃料電池を前記方法で連結してモジュールを製造できることは当業者であれば周知の事項である。
【００７２】
このように、本実施例による固体酸化物燃料電池モジュールは、各燃料電池で燃料極の電流を集電する第１集電部材と、空気極の電流を集電する第２集電部材とを両方とも外部に露出して形成することにより、露出された第１集電部材及び第２集電部材を外部で容易に連結することができる。
【００７３】
以上、本発明を好ましい実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池モジュールはこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池の単位電池の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による固体酸化物燃料電池のＡ−Ａ´断面を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例より固体酸化物燃料電池を直列に連結した固体酸化物燃料電池モジュールの構造を示す斜視図である。
【図５】図４に示した固体酸化物燃料電池モジュールを示す平面図である。
【図６】本発明の一実施例より固体酸化物燃料電池を並列に連結した固体酸化物燃料電池モジュールの構造を示す斜視図である。
【図７】図６に示した固体酸化物燃料電池モジュールを示す平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００  単位電池
１１０  燃料極
１１５  バリア層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）
１２０  電解質
１２５  第１オープン部
１３０  空気極
１３５  第２オープン部
１４０  連結材
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ  第１集電部材
１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃ、１６０Ｄ  第２集電部材
１５０Ｅ  第１連結部材
１６０Ｅ  第２連結部材
１７０  絶縁部材
１８０  固定手段
２００  固体酸化物燃料電池
２００Ａ  第１の固体酸化物燃料電池
２００Ｂ  第２の固体酸化物燃料電池
２００Ｃ  第３の固体酸化物燃料電池
２００Ｄ  第４の固体酸化物燃料電池
３００Ａ  第１接合部材
３００Ｂ  第２接合部材
３００Ｃ  第３接合部材
４００  固体酸化物燃料電池モジュール
５００Ａ  第１接合部材
５００Ｂ  第２接合部材
５００Ｃ  第３接合部材
５００Ｄ  第４接合部材
６００  固体酸化物燃料電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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