具有縱向通道和橫向通道的固態氧化物燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有縱向通道和橫向通道的固態氧化物燃料電池，更具體地，涉及這樣一種固態氧化物燃料電池，在構成該固態氧化物燃料電池的隔板內所述固態氧化物燃料電池具有縱向通道和橫向通道。
【背景技術】
[0002]本申請要求于2012年12月18日提交至韓國知識產權局的專利申請N0.10-2012-0148194的優先權，該專利公開的全部內容以引用方式并入本文中。
[0003]燃料電池是利用了具有氧化劑的燃料的電化學反應的能量轉換器件，其將燃料的化學能轉化為電能，而不將化學能轉化為熱機械能。因此，燃料電池的發電效率高于傳統發電系統，并且燃料電池是環保的，并作為一種未來能源得到積極的研宄。
[0004]燃料電池可以根據其中使用的電解質和燃料分類為:磷酸燃料電池(PAFC)、聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)以及固態氧化物燃料電池(SOFC)。燃料電池具有不同的工作溫度，用于燃料電池的材料取決于工作溫度。PEMFC具有約80°C的工作溫度。PAFC具有約200°C的工作溫度。MCFC具有約6500C的工作溫度。SOFC具有約800°C的工作溫度。
[0005]在這些燃料電池中，僅由諸如陶瓷或金屬之類的固態材料形成的SOFC具有最高的能量效率，提供了較寬的固態材料的選擇范圍，并且適應于回收廢熱。
[0006]例如，日本專利公布N0.2011-210568公開了一種固態氧化物燃料電池的燃料電極收集器單元。
[0007]圖1是示出現有技術中構成固態氧化物燃料電池的主要部件的分解透視圖。參照圖1，現有技術中的固態氧化物燃料電池包括:通過順序堆疊陰極、電解質和陽極而形成的電池單元；置于陰極之上的隔板；以及置于陽極之上的隔板。
[0008]在隔板的兩個表面中形成通道。盡管沒有在圖1中示出，陰極收集器放置在陰極與置于陰極之上的隔板之間，陽極收集器放置在陽極與置于陽極之上的隔板之間。
[0009]空氣流過陰極與隔板之間的通道，燃料氣體流過陽極與隔板之間的通道。反應氣體(空氣和燃料氣體)的流動誘發電解質層中氧離子或氫離子傳導，并且電化學反應在電極(陰極和陽極)上產生，從而生成電動勢。
[0010]空氣或燃料氣體被引入至所述通道的一側，并從通道的另一側排出。換言之，燃料電池具有通過其弓I入反應氣體的流入口、以及通過其排出反應氣體的流出口。
[0011]理想的是，在反應氣體穿過燃料電池的區域上均勻發生電化學反應。但是實際上，反應氣體匯集至流入口，而流出口附近的反應氣體濃度較低。因此，電力在收集器的整個區域上并不是均勻地產生，大量電力產生于靠近流入口的收集器部分，少量電力產生于靠近流出口的收集器部分。
[0012]這降低了燃料電池的電流收集效率。另外，由于反應更加集中地發生在流入口處，因此流入口比流出口更加顯著地劣化。
[0013]因此，雖然流出口較輕地劣化，但是流入口的顯著劣化會大大降低燃料電池的使用壽命。
【發明內容】
[0014]摶術問題
[0015]相應地，本發明的目的在于提供一種固態氧化物燃料電池，其配置為在反應氣體通過該燃料電池的區域之上均勻發生電化學反應。
[0016]另外，本發明的目的在于提供一種具有這樣的結構的固態氧化物燃料電池，其使得反應氣體流入口和反應氣體流出口均勻地劣化。
[0017]另外，本發明的目的在于提供一種具有延長的使用壽命的固態氧化物燃料電池。_8] 技術方案
[0019]根據本發明的一方面，提供了一種固態氧化物燃料電池，其包括:通過堆疊陰極、電解質和陽極形成的電池單元；兩個表面均具有通道的隔板，其中反應氣體流過所述通道，并且所述通過包括與反應氣體的流動方向平行的縱向通道以及與反應氣體的流動方向交叉的橫向通道；以及置于電池單元與隔板之間的收集器，其中縱向通道的寬度從反應氣體流入口至反應氣體流出口增大。
[0020]隔板的兩個表面可以提供有由縱向通道和橫向通道分隔的并具有梯形形狀的突起部分。
[0021]隔板的兩個表面可以提供有由縱向通道和橫向通道分隔的并具有六邊形形狀的突起部分。
[0022]橫向通道的寬度可以從反應氣體流入口至反應氣體流出口增大。
[0023]與反應氣體流出口末端鄰近的縱向通道的寬度可以是與反應氣體流入口末端鄰近的縱向通道的寬度的1.5至3倍。
[0024]隔板的兩個表面可以提供有由縱向通道和橫向通道分隔的突起部分，并且收集器可以覆蓋縱向通道、橫向通道和突起部分。
[0025]在隔板的一個表面中形成的任何一個縱向通道可以置于在隔板的另一個表面中形成的相鄰的縱向通道之間。
[0026]固態氧化物燃料電池還可以包括端板，其中僅在端板的一個表面中形成與反應氣體的流動方向平行的通道以及與反應氣體的流動方向交叉的通道。
[0027]有益效果
[0028]根據本發明，提供了一種固態氧化物燃料電池，其配置為在反應氣體通過該燃料電池的區域之上均勻發生電化學反應。
[0029]另外，提供了一種具有這樣的結構的固態氧化物燃料電池，其使得反應氣體流入口和反應氣體流出口均勻地劣化。
[0030]另外，提供了一種具有延長的使用壽命的固態氧化物燃料電池。
【附圖說明】
[0031]附圖示出了本發明的優選實施例，并且與說明書一起提供了對本發明技術精神的進一步理解。因此，本發明并不限于附圖中示出的特征，在附圖中:
[0032]圖1是示出現有技術中構成固態氧化物燃料電池的主要部件的分解透視圖；
[0033]圖2是示出根據本發明優選實施例的固態氧化物燃料電池的一部分的分解透視圖；
[0034]圖3是示出在根據圖2中的實施例的固態氧化物燃料電池中使用的隔板的平面圖；
[0035]圖4是示出在根據圖2中的實施例的固態氧化物燃料電池中使用的隔板的變型例的平面圖；以及
[0036]圖5是示出根據本發明另一優選實施例的固態氧化物燃料電池的垂直截面圖。
【具體實施方式】
[0037]下文將參照附圖對根據本發明優選實施例的具有縱向通道和橫向通道的固態氧化物燃料電池進行詳細描述。
[0038]下文和權利要求書的范圍中使用的術語不限于字典中的術語，并且僅用于解釋特定的示例性實施例，而非限定本發明。因此，本文中提出的實施例和附圖只是僅用于說明目的的優選示例，并非旨在限定本發明的技術精神，所以應當理解，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，可以對其做出其他等效物和對其進行修改。
[0039]為了便于描述以及清楚起見，在附圖中對各元件或組成元件特定部分的尺寸進行了放大、省略或示意性表示。因此，各元件的尺寸不能完全反映其實際尺寸。此外，為了避免對本發明主題的不必要的混淆，本文將排除與眾所周知的功能或配置相關的詳細描述。
[0040]圖2是示出根據本發明優選實施例的固態氧化物燃料電池中的一部分的分解透視圖。圖3是示出在根據當前實施例的固態氧化物燃料電池中使用的隔板的平面圖。
[0041]參照圖2和圖3，將根據當前實施例詳細描述固態氧化物燃料電池(下文稱作“燃料電池”)。
[0042]根據當前實施例的燃料電池100包括電池單元10、隔板20和各收集器。
[0043]通過堆疊陰極13、電解質12和陽極11形成電池單元10。
[0044]用于陰極13(空氣電極)的材料可以是鈣鈦礦基化合物，例如LaSrMnO3(LSM)或LaSrC0FeO3(LSCF)。用于電解質12的材料可以是包括了基于以下一種或多種材料的粉末:氧化鋯(一種稀土元素，諸如YSZ或Sc203+Zr02 (ScSZ) )、二氧化鈰(CeO2)、三氧化二鉍(Bi2O3)以及鈣鈦礦。用于陽極11 (燃料電極)的材料可以是金屬陶瓷、氧化釔穩定的氧化鋯(Zr02+8Y203，YSZ)與諸如Ni的金屬的混合物。電池單元10至少具有陰極13、電解質12和陽極11三層。
[0045]反應氣體流過的通道形成在隔板20的兩個表面中。反應氣體為燃料氣體和空氣，燃料氣體可以是純氫氣、純甲烷、純丙烷、純丁烷、改性氫氣、改性甲烷、改性丙烷或改性丁烷。空氣不僅可以是典型空氣，也可以是與氧氣混合的氣體。
[0046]參照圖2，反應氣體在方向X上被引入至燃料電池100中，并在方向Y上從燃料電池100中排出。因此，在方向X上將反應氣體引入其中的燃料電池100的一側被稱作流入部分，并且在方向Y上將反應氣體從其中排出的燃料電池100的一側被稱作流出部分。
[0047]通道