特開 2021-163733 一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-163733(P2021-163733A)

(43)【公開日】2021年10月11日

(54)【発明の名称】一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0247 20160101AFI20210913BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20210913BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20210913BHJP

   H01M 8/2484 20160101ALI20210913BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20210913BHJP

   H01M 8/0286 20160101ALI20210913BHJP

   H01M 8/124 20160101ALI20210913BHJP

   H01M 8/02 20160101ALI20210913BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0247

   H01M8/12 101

   H01M8/0271

   H01M8/2484

   H01M8/2483

   H01M8/0286

   H01M8/124

   H01M8/02

   H01M8/12 102Z

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-67949(P2020-67949)

(22)【出願日】2020年4月3日

(71)【出願人】

【識別番号】509284037

【氏名又は名称】コリア インスティテゥート オブ エナジー リサーチ

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】キム，テ ウ

(72)【発明者】

【氏名】ウ，サン クク

(72)【発明者】

【氏名】キム，ソン ドン

(72)【発明者】

【氏名】ソ，ド ウォン

(72)【発明者】

【氏名】バン，ヒョン ジュン

(72)【発明者】

【氏名】ハン，イン ソブ

(72)【発明者】

【氏名】キム，ソ ヨン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ス ヒョン

(72)【発明者】

【氏名】ソン，ヨン フン

(72)【発明者】

【氏名】ビョン，セ ギ

(72)【発明者】

【氏名】チェ，ユン ソク

(72)【発明者】

【氏名】ファン，ヒョ ジョン

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA02

5H126AA08

5H126AA13

5H126AA14

5H126AA26

5H126BB06

5H126HH04

5H126JJ03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】スタック積層による自体荷重によって発生し得る揺れ及びずれ現象を防止するための、一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池を提供する。
【解決手段】本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池１００は、燃料極、電解質膜、及び空気極を含む少なくとも一つの単位セル、前記少なくとも一つの単位セルの両面に設けられ、ボディ体の両末端に充填部が一体に形成された第１集電板１２２及び第２集電板１２４、及び前記充填部の両面に形成された密封部を含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料極、電解質膜、及び空気極を含む少なくとも一つの単位セル；
前記少なくとも一つの単位セルの両面に設けられ、ボディ体の両末端に充填部が一体に形成された第１集電板及び第２集電板；及び
前記充填部の両面に形成された密封部
を含むことを特徴とする、一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池。

【請求項2】

前記少なくとも一つの単位セルを支持するために、前記第１集電板の他面に形成される第１ハウジング及び前記第２集電板の一面に形成される第２ハウジングをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池。

【請求項3】

前記充填部及び前記密封部には、厚さ方向に貫通形成され、前記少なくとも一つの単位セルに流れる燃料ガスが移動されるためのホールが備えられ、
前記充填部に備えられたホール及び前記密封部に備えられたホールは、互いに連通されることを特徴とする、請求項１に記載の一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池。

【請求項4】

前記第１集電板または前記第２集電板の厚さは、
前記第１集電板または前記第２集電板の厚さ＝前記充填部の厚さ＋（前記密封部の厚さ×２）
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池。

【請求項5】

前記密封部は、接着工程、スクリーン印刷工程、ディスペンサ工程のうち一つを利用して前記充填部の両面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池。

【請求項6】

前記固体酸化物燃料電池は、平管型であることを特徴とする、請求項１に記載の一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池。

【請求項7】

燃料極、電解質膜、及び空気極が積層された少なくとも一つの単位セルを含む固体酸化物燃料電池の製造方法において、
ボディ体の両末端に充填部が一体に形成された第１集電板及び第２集電板を準備するステップ；
前記充填部の両面に密封部を結合するステップ；及び
前記少なくとも一つの単位セルの両面に前記第１集電板及び前記第２集電板を結合して前記固体酸化物燃料電池を製造するステップ
を含むことを特徴とする、一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造方法。

【請求項8】

前記少なくとも一つの単位セルを支持するために、前記第１集電板の他面に第１ハウジングを結合し、前記第２集電板の一面に第２ハウジングを結合するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造方法。

【請求項9】

前記充填部の両面に密封部を結合するステップは、
接着工程、スクリーン印刷工程、ディスペンサ工程のうち一つを利用することを特徴とする、請求項７に記載の一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造方法。

【請求項10】

前記第１集電板または前記第２集電板の厚さは、
前記第１集電板または前記第２集電板の厚さ＝前記充填部の厚さ＋（前記密封部の厚さ×２）
を満たすことを特徴とする、請求項７に記載の一体型集電板を用いた 固体酸化物燃料電池の製造方法。

【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に関し、さらに詳細には、一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ、Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、酸素または水素イオン伝導性を帯びる固体酸化物を電解質として使用する燃料電池であって、現存する燃料電池のうち最も高い温度（６００−１０００℃）で作動し、全ての構成要素が固体からなるため、他の燃料電池に比べて構造が簡単で、電解質の損失及び補充と腐食の問題がなく、貴金属触媒が不要で直接内部改質を通した燃料供給が容易である。固体酸化物燃料電池は、電気化学反応を逆に進行させて高温水電解装置（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ Ｃｅｌｌ、ＳＯＥＣ）として利用できる。

【0003】

固体酸化物燃料電池と高温水電解装置等の電気化学反応装置は、その形態によって平板型と円筒型に大きく分類されるが、平板型は、電力密度（出力）が高い長所があるが、ガス密封面積が広く、積層時に材料間の熱膨張係数差による熱的ショックが発生し、大面積化が難しいという短所があり、円筒型は、熱応力に対する抵抗及び機械的強度が相対的に高く、押出成形で製造して大面積化が可能であるという長所があるが、電力密度（出力）が低いという限界点がある。

【0004】

このような平板型と円筒型の電気化学反応装置が有している長所を導入した平管型電気化学反応装置（平管型固体酸化物燃料電池）の場合、電力密度を高めるために単位セル（シングルセル、ユニットセル）を多数積層して所望の出力性能を実現できる。

【0005】

しかし、多数のセル積層による荷重分配問題でセルスタック密封部位に形成された密封材の滑り現象が発生する可能性があり、これによりガス漏れ、発熱等のスタック安定性が崩壊することでセルの性能が低減する問題点が存在する。

【0006】

これにより、単位セル間の電気的接触及び燃料極と空気極間のガス密封を遂行するための技術の開発が必要な実情である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】韓国登録特許第１０−１５０３４５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、密封部に備えられる充填材が一体に形成された集電板を実現して固体酸化物燃料電池のセルスタックを積層することで、スタック積層による自体荷重によって発生し得る揺れ及びずれ現象を防止するための一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池を提供することである。

【0009】

また、本発明の他の目的は、密封部の結合工程を短縮させてセルスタック作製に対する便宜性及び構造的安定性を高めるための一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池を提供することである。

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、以上において言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるだろう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池は、燃料極、電解質膜、及び空気極を含む少なくとも一つの単位セル、前記少なくとも一つの単位セルの両面に設けられ、ボディ体の両末端に充填部が一体に形成された第１集電板及び第２集電板、及び前記充填部の両面に形成された密封部を含む。

【0012】

また、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池は、前記少なくとも一つの単位セルを支持するために、前記第１集電板の他面に形成される第１ハウジング及び前記第２集電板の一面に形成される第２ハウジングをさらに含むことができる。

【0013】

また、本発明の一実施例に係る前記充填部及び前記密封部には、厚さ方向に貫通形成され、前記少なくとも一つの単位セルに流れる燃料ガスが移動されるためのホールが備えられ、前記充填部に備えられたホール及び前記密封部に備えられたホールは、互いに連通できる。

【0014】

また、本発明の一実施例に係る前記第１集電板または前記第２集電板の厚さは、下記式１を満たすことができる。

【0015】

式１
前記第１集電板または前記第２集電板の厚さ＝前記充填部の厚さ＋（前記密封部の厚さ×２）

【0016】

また、本発明の一実施例に係る前記密封部は、接着工程、スクリーン印刷工程、ディスペンサ工程のうち一つを利用して前記充填部の両面に形成できる。

【0017】

また、本発明の一実施例に係る前記固体酸化物燃料電池は、平管型であってよい。

【0018】

また、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造方法は、燃料極、電解質膜、及び空気極が積層された少なくとも一つの単位セルを含む固体酸化物燃料電池の製造方法において、ボディ体の両末端に充填部が一体に形成された第１集電板及び第２集電板を準備するステップ、前記充填部の両面に密封部を結合するステップ、及び前記少なくとも一つの単位セルの両面に前記第１集電板及び前記第２集電板を結合して前記固体酸化物燃料電池を製造するステップを含む。

【0019】

また、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造方法は、前記少なくとも一つの単位セルを支持するために、前記第１集電板の他面に第１ハウジングを結合し、前記第２集電板の一面に第２ハウジングを結合するステップをさらに含むことができる。

【0020】

また、本発明の一実施例に係る前記充填部の両面に密封部を結合するステップは、接着工程、スクリーン印刷工程、ディスペンサ工程のうち一つを利用できる。

【0021】

また、本発明の一実施例に係る前記第１集電板または前記第２集電板の厚さは、下記式２を満たすことができる。

【0022】

式２
前記第１集電板または前記第２集電板の厚さ＝前記充填部の厚さ＋（前記密封部の厚さ×２）

【0023】

その他の実施例の具体的な事項は、詳細な説明及び添付の図面に含まれている。

【発明の効果】

【0024】

本発明の一実施例によれば、密封部に備えられる充填材が一体に形成された集電板を実現して固体酸化物燃料電池のセルスタックを積層することで、スタック積層による自体荷重によって発生し得る揺れ及びずれ現象を防止できる。

【0025】

本発明の一実施例によれば、密封部の結合工程を短縮させてセルスタック作製に対する便宜性及び構造的安定性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】従来に使用されるセルスタックの組立部品を説明するために示した図である。

【図2】本発明の一実施例に係る一体型集電板を説明するために示した平面図である。

【図3】従来に使用される分離型集電板が備えられた固体酸化物燃料電池を説明するために示した分解斜視図である。

【図4】本発明の一実施例に係る一体型集電板が備えられた固体酸化物燃料電池を説明するために示した分解斜視図である。

【図5A】本発明の一実施例において、一体型集電板の両末端に形成された充填部及び密封部の構造を説明するために示した断面図である。

【図5B】本発明の一実施例において、一体型集電板の両末端に形成された充填部及び密封部の構造を説明するために示した断面図である。

【図5C】本発明の一実施例において、一体型集電板の両末端に形成された充填部及び密封部の構造を説明するために示した断面図である。

【図6】本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造方法を説明するために示したフローチャートである。

【図7】図６の固体酸化物燃料電池の製造方法を具体的に説明するために示したフローチャートである。

【図8】図６の固体酸化物燃料電池の製造方法を具体的に説明するために示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明の利点および／または特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下において開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現され、単に本実施例は、本発明の開示が完全なものとなるようにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。明細書全体にわたって、同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。

【0028】

一般に、燃料電池は、天然ガス、石炭ガス、メタノール等、炭化水素系列の物質内に含有されている水素と空気中の酸素を電気化学反応によって直接電気エネルギーに変換させる高効率の清浄発電技術であって、使用される電解質の種類によって大きくアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩、固体酸化物及び高分子燃料電池に分類される。

【0029】

固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ、Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、酸素または水素イオン伝導性を帯びる固体酸化物を電解質として使用する燃料電池であり、現存する燃料電池のうち最も高い温度（６００−１０００℃）で作動し、全ての構成要素が固体からなるため、他の燃料電池に比べて構造が簡単で、電解質の損失及び補充と腐食の問題がなく、貴金属触媒が不要で直接内部改質を通した燃料供給が容易である。固体酸化物燃料電池は、電気化学反応を逆に進行させて高温水電解装置（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ Ｃｅｌｌ、ＳＯＥＣ）として利用できる。

【0030】

固体酸化物燃料電池と高温水電解装置等の電気化学反応装置は、その形態によって平板型と円筒型に大きく分類されるが、平板型は、電力密度（出力）が高い長所があるが、ガス密封面積が広く、積層時に材料間の熱膨張係数差による熱的ショックが発生し、大面積化が難しいという短所があり、円筒型は、熱応力に対する抵抗及び機械的強度が相対的に高く、押出成形で製造して大面積化が可能であるという長所があるが、電力密度（出力）が低いという限界点がある。

【0031】

このような平板型と円筒型の電気化学反応装置が有している長所を導入した平管型電気化学反応装置（平管型固体酸化物燃料電池）の場合、電力密度を高めるために単位セル（シングルセル、ユニットセル）を多数積層して所望の出力性能を実現できる。

【0032】

図１を参照すると、従来の平管型燃料電池の場合、単位セル間の電気的接触及び燃料極と空気極間の燃料ガス密封のために別個の集電板１２２、１２４と密封材１２６ｂをそれぞれ単位セル１３０に接合してセルスタックを実現する。

【0033】

このとき、集電板１２２、１２４の厚さに該当する高さの密封材１２６ｂを使用する場合、燃料電池の作動による温度上昇により密封材１２６ｂが変形されることを防止するために、高さの差を埋めるための充填材１２６ａが使用される。

【0034】

しかし、積層される単位セル１３０が少ない場合は問題ないが、ｋＷ級の大容量のセルスタックを作製するために数十枚の単位セル１３０を積層する場合は、密封材１２６ｂ及び充填材１２６ａがずれて動く現象が発生し得る。これにより、セルスタックの安定性が崩壊され、燃料電池の性能を低減させる原因となり得る。

【0035】

これにより、本発明においては、図２に示されたように、集電板１２２、１２４の一部を充填材１２６ａとして実現し、密封材１２６ｂの溶融後に発生し得る揺れ及びずれ現象を防止するようにした。即ち、既存に分離されて使用されていた集電板と充填材を一体化して作製した。

【0036】

図３は、従来に使用される分離型集電板が備えられた固体酸化物燃料電池を説明するために示した分解斜視図であり、図４は、本発明の一実施例に係る一体型集電板が備えられた固体酸化物燃料電池を説明するために示した分解斜視図であり、図５Ａ―Ｃは、本発明の一実施例において、一体型集電板の両末端に形成された充填部及び密封部の構造を説明するために示した断面図である。

【0037】

図３を参照すると、従来に使用される分離型集電板が備えられた固体酸化物燃料電池は、少なくとも一つの単位セル１３０、集電板１２２、１２４、密封部１２６ｂ、ガス流入部２０ａ、ガス出入部２０ｂ、及びハウジング１１２、１１４を含んで構成できる。

【0038】

平管型固体酸化物燃料電池は、空気極（または正極）を燃料電池の支持体として使用する空気極支持体式燃料電池と、燃料極（または負極）を支持体として使用する燃料極支持体式燃料電池の２種類に区分されるが、空気極支持体式燃料電池と燃料極支持体式燃料電池の中では燃料極支持体式が進歩した形態であり、現在の固体酸化物燃料電池は、燃料極支持体式を中心として研究開発されている。

【0039】

以下においては、燃料極支持体式燃料電池を基準に説明する。

【0040】

少なくとも一つの単位セル１３０は、内側（または下側）から燃料極、電解質膜、空気極が順次に積層されて構成できる。

【0041】

空気極は、外部から供給された電子と空気中の酸素または酸素ガスが反応して酸素イオンが形成され、電解質膜は、空気極で形成された酸素イオンの移動通路であって、空気と燃料の直接接触を防ぎ、電子の移動を遮断するための層であり、燃料極は、電解質膜を通して伝達される酸素イオンと燃料が電気化学反応を起こし、この時に発生した電子を外部に送る役割を果たす。

【0042】

具体的に、燃料極は、空気中の酸素あるいは酸素ガスの供給を受けて燃料極から供給される電子を受けて酸素イオンとなり、酸素イオンは電解質膜を通して移動し、燃料極に達すると燃料である水素ガスと反応して水を生成し、電子を放出するようになる。結果的に、燃料極に生成された電子を外部回路に流れるようにすることで電流を発生させる発電をするようになる。

【0043】

参考までに、単位セル１３０の両端には、燃料ガスを流入及び流出させるために、厚さ方向に貫通形成されたホールを備えることができる。

【0044】

集電板１２２、１２４は、電気を集結する端子を含み、少なくとも一つの単位セル１３０で形成される電気を集電する装置である。

【0045】

集電板１２２、１２４は、少なくとも一つの単位セル１３０の最下部に位置する第１集電板１２２、及び少なくとも一つの単位セル１３０の最上部に位置する第２集電板１２４を含んで構成できる。

【0046】

このとき、内側（または下側）から燃料極、電解質膜、空気極が順次に積層される単位セル１３０の構造によって、第１集電板１２２は、燃料極層集電板であってよく、第２集電板１２４は、空気極層集電板であってよい。

【0047】

図面においては、一つの単位セル１３０で構成された燃料電池の構造を示し、単位セル１３０の両面に第１集電板１２２及び第２集電板１２４を結合することができる。

【0048】

これに対して、多数の単位セル１３０が積層される場合、最下部に位置した単位セル１３０の下部に第１集電板１２２が結合され、最上部に位置した単位セル１３０の上部に第２集電板１２４を結合することができる。

【0049】

密封部１２６ｂは、単位セル１３０の両端に形成され、集電板１２２、１２４から所定の間隔離れた位置に備えることができる。即ち、密封部１２６ｂは、単位セル１３０の両端上部及び下部にそれぞれ形成されることができ、集電板１２２、１２４と分離された状態で単位セル１３０に備えることができる。

【0050】

密封部１２６ｂは、燃料電池の作動による温度上昇により密封材が変形されることを防止するために、高さの差を埋めるための充填部１２６ａを含むことができる。

【0051】

即ち、充填部１２６ａを基準に両面に密封部材が結合されて密封部１２６ｂを実現できる。参考までに、密封部材は、ガラス系列のシーラント（Ｇｌａｓｓ ｓｅｌａｎｔ）を使用することができ、充填部１２６ａは、クロファー（ｃｒｏｆｅｒ）またはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を使用することができる。

【0052】

ハウジング１１２、１１４は、少なくとも一つの単位セル１３０を支持するために使用される枠であって、集電板１２２、１２４の外側に形成できる。

【0053】

例えば、ハウジング１１２、１１４は、第１集電板１２２の他面、即ち、下部に結合される第１ハウジング１１２、及び、第２集電板１２４の一面、即ち、上部に結合される第２ハウジング１１４を含むことができる。

【0054】

ハウジング１１２、１１４は、高温上で変形を最小化できる金属材質で実現されることが好ましい。

【0055】

ハウジング１１２、１１４には、単位セル１３０に流れる燃料ガスを流入させるためのガス流入部及び排出させるためのガス排出部を備えることができる。

【0056】

例えば、第１ハウジング１１２にガス流入部を連結でき、第２ハウジング１１４にガス排出部を連結でき、単位セル１３０を構成する燃料極、電解質膜、空気極の積層順序によってガス流入部及びガス排出部の位置は変更できる。

【0057】

参考までに、第１ハウジング１１２及び第２ハウジング１１４には、外部と接続された電気端子１０をさらに備えることができる。

【0058】

前述した構造による従来の固体酸化物燃料電池は、互いに分離された状態で形成された集電板１２２、１２４及び密封部１２６ｂで構成されるため、次のような問題点が発生し得る。

【0059】

燃料電池内に積層される単位セル１３０が少ない場合は問題ないが、ｋＷ級の大容量のセルスタックを作製するために数十枚の単位セル１３０を積層する場合は、密封部１２６ｂ及び充填部１２６ａがずれて動く現象が発生し得る。これにより、セルスタックの安定性が崩壊され、燃料電池の性能を低減させる原因となり得る。

【0060】

図４を参照すると、本発明の一実施例に係る一体型集電板が備えられた固体酸化物燃料電池１００は、少なくとも一つの単位セル１３０、集電板１２２、１２４、密封部１２６ｂ、ガス流入部、ガス出入部、及びハウジングを含んで構成できる。

【0061】

本発明の一実施例に係る固体酸化物燃料電池１００に関する少なくとも一つの単位セル１３０、ガス流入部、ガス出入部、及びハウジングは、従来の固体酸化物燃料電池に関する少なくとも一つの単位セル１３０、ガス流入部２０ａ、ガス出入部２０ｂ、及びハウジング１１２、１１４と同じ機能を果たすので、以下においては、集電板１２２、１２４及び密封部１２６ｂに関してのみ説明する。

【0062】

集電板１２２、１２４は、電気を集結する端子を含み、少なくとも一つの単位セル１３０で形成される電気を集電する装置である。

【0063】

集電板１２２、１２４は、少なくとも一つの単位セル１３０の最下部に位置する第１集電板１２２、及び少なくとも一つの単位セル１３０の最上部に位置する第２集電板１２４を含んで構成できる。

【0064】

このとき、内側（または下側）から燃料極、電解質膜、空気極が順次に積層される単位セル１３０の構造によって、第１集電板１２２は、燃料極層集電板であってよく、第２集電板１２４は、空気極層集電板であってよい。

【0065】

図面においては、一つの単位セル１３０で構成された燃料電池の構造を示し、単位セル１３０の両面に第１集電板１２２及び第２集電板１２４を結合することができる。

【0066】

これに対して、多数の単位セル１３０が積層される場合、最下部に位置した単位セル１３０の下部に第１集電板１２２が結合され、最上部に位置した単位セル１３０の上部に第２集電板１２４を結合することができる。

【0067】

集電板１２２、１２４は、ボディ体の両末端に充填部１２６ａが一体に形成できる。

【0068】

即ち、従来の集電板１２２、１２４が密封部１２６ｂに含まれた充填部１２６ａと分離された状態で実現されることとは異なり、本発明の集電板１２２、１２４は、ボディ体の両末端を充填部１２６ａとして実現できる。

【0069】

密封部１２６ｂは、充填部１２６ａの両面に形成できる。言い換えれば、密封部１２６ｂは、充填部１２６ａを基準に両面に密封部材１２６ｂが結合されて形成できる。

【0070】

充填部１２６ａ及び密封部１２６ｂには、厚さ方向に貫通形成され、少なくとも一つの単位セル１３０に流れる燃料ガスが移動されるためのホールを備えることができる。

【0071】

このとき、充填部１２６ａに備えられたホール及び密封部１２６ｂに備えられたホールは、互いに連通できる。

【0072】

集電板１２２、１２４の厚さｈは、密封部１２６ｂの厚さｈ１及び充填部１２６ａの厚さｈ２に関する下記式３を満たすことができる。

【0073】

式３
第１集電板１２２または第２集電板１２４の厚さｈ＝充填部１２６ａの厚さｈ２＋（密封部１２６ｂの厚さｈ１×２）

【0074】

図５Ａ及び図５Ｂに示されたように、第１集電板１２２または第２集電板１２４の厚さは、充填部１２６ａの上面に形成された密封部１２６ｂの厚さと充填部１２６ａの下面に形成された密封部１２６ｂの厚さ及び充填部１２６ａの厚さを全て合算した厚さと同一であることが好ましい。図５Ａ及び図５Ｂは、Ａ−ｔｙｐｅ集電板構造で形成された例示である。Ａ−ｔｙｐｅ集電板は、第１集電板及び第２集電板と充填部（Ｓｐａｃｅｒ）が一体型集電板に形成され、第１集電板または第２集電板と一体に形成される充填部が矩形の形態でない場合を意味する。このとき、図５Ａのように、密封部１２６ｂが形成される充填部領域だけを含む一体型集電板に形成されてもよく、図５Ｂのように、密封部１２６ｂが形成される充填部領域と集電フォーム（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｆｏａｍ）が形成される充填部領域とに区分されて一体型集電板が形成できる。

【0075】

図５Ｃは、Ｂ−ｔｙｐｅ集電板であり、Ｂ−ｔｙｐｅ集電板は、第１集電板及び第２集電板と充填部（Ｓｐａｃｅｒ）が一体型集電板に形成され、一体型集電板が矩形の形態である場合を意味する。図５Ｃを参照すると、密封部１２６ｂの厚さと集電フォーム（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｆｏｒｍ）の厚さが同一の構造で形成できる。

【0076】

集電フォームは、高い伝導度と十分な気孔を有し、密封素材の圧着等によりその厚さが変わっても伝導及びガス透過が容易であり得る。好ましくは、集電フォームは、銀（Ａｇ）集電フォームで形成できる。このとき、第１集電板１２２または第２集電板１２４の厚さｈは、充填部１２６ａの厚さｈ２に密封部１２６ｂの厚さｈ１を２倍した値の和と同様であり、集電フォームの厚さは、Ａ−ｔｙｐｅであるかＢ−ｔｙｐｅであるかによってｈ１より大きいかまたは小さくてよい。

【0077】

これにより、集電板１２２、１２４の中央部分と両端の厚さが一様に形成されることで単位セル１３０をより安定的に支持できる。それだけではなく、多数の単位セル１３０の積層時に発生し得る揺れ及びずれ現象を防止できる。

【0078】

密封部１２６ｂは、ステッカー形態または粘着材質の密封部材を使用してスクリーン印刷工程を遂行することで充填部１２６ａの両面に形成できる。

【0079】

また、密封部１２６ｂは、注射器またはチューブに注入された弾性材質の密封部材を絞り出す方式のディスペンサ工程を遂行することで充填部１２６ａの両面に形成できる。

【0080】

また、密封部１２６ｂは、ロールまたは転写板等を使用したコーティング工程を遂行することで充填部１２６ａの両面に形成できる。

【0081】

また、密封部１２６ｂは、接着剤を使用して接着工程を遂行することで充填部１２６ａの両面に形成できる。

【0082】

これにより、本実施例によれば、密封部１２６ｂの結合工程を短縮させてセルスタック作製に対する便宜性及び構造的安定性を高めることができる。

【0083】

図６は、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造方法を説明するために示したフローチャートであり、図７及び図８は、図６の固体酸化物燃料電池の製造方法を具体的に説明するために示したフローチャートである。

【0084】

図４及び図６を参照すると、ステップ（Ｓ６１０）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、ボディ体の両末端に充填部１２６ａが一体に形成された第１集電板１２２及び第２集電板１２４を準備することができる。

【0085】

このとき、第１集電板１２２及び第２集電板１２４と結合させるための燃料極、電解質膜、及び空気極が積層された少なくとも一つの単位セル１３０をさらに準備することができる。

【0086】

第１集電板１２２及び第２集電板１２４は、少なくとも一つの単位セル１３０で形成される電気を集電する装置であり、ボディ体の両末端に充填部１２６ａが一体に形成できる。

【0087】

次に、ステップ（Ｓ６２０）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、充填部１２６ａの両面に密封部１２６ｂを結合することができる。

【0088】

ここで、接着工程、スクリーン印刷工程、ディスペンサ工程のうち一つを利用して充填部１２６ａの両面に密封部１２６ｂを結合することができる。

【0089】

このとき、充填部１２６ａの両面に密封部１２６ｂが形成されて実現された第１集電板１２２または第２集電板１２４の厚さは、下記式４を満たすことができる。

【0090】

式４
前記第１集電板１２２または前記第２集電板１２４の厚さ＝前記充填部１２６ａの厚さ＋（前記密封部１２６ｂの厚さ×２）

【0091】

即ち、第１集電板１２２または第２集電板１２４の厚さは、充填部１２６ａの上面に形成された密封部１２６ｂの厚さと充填部１２６ａの下面に形成された密封部１２６ｂの厚さ及び充填部１２６ａの厚さを全て合算した厚さと同一であることが好ましい。

【0092】

次に、ステップ（Ｓ６３０）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、少なくとも一つの単位セル１３０の両面に第１集電板１２２及び第２集電板１２４を結合して固体酸化物燃料電池を製造できる。

【0093】

一方、本実施例においては、少なくとも一つの単位セル１３０を支持するために、第１集電板１２２の他面に第１ハウジング１１２を結合し、前記第２集電板１２４の一面に第２ハウジング１１４を結合するステップをさらに含むことができる。

【0094】

ハウジング１１２、１１４は、少なくとも一つの単位セル１３０を支持するために使用される枠であり、第１集電板１２２の他面、即ち、下部に第１ハウジング１１２が結合され、第２集電板１２４の一面、即ち、上部に第２ハウジング１１４を結合することができる。

【0095】

第１ハウジング１１２及び第２ハウジング１１４を結合するステップを反映して、ステップ（Ｓ６３０）をより詳細に説明すると、次のとおりである。

【0096】

一実施例として、図４及び図７を参照すると、ステップ（Ｓ６３２ａ）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、第１ハウジング１１２の一面、即ち、上面に第１集電板１２２を結合することができる。

【0097】

次に、ステップ（Ｓ６３４ａ）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、第１集電板１２２の一面、即ち、上面に単位セル１３０を結合することができる。

【0098】

次に、ステップ（Ｓ６３６ａ）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、単位セル１３０の一面に第２集電板１２４を結合することができる。

【0099】

次に、ステップ（Ｓ６３８ａ）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、第２集電板１２４の一面に第２ハウジング１１４を結合して固体酸化物燃料電池を製造できる。

【0100】

即ち、本実施例においては、第１ハウジング１１２及び第２ハウジング１１４の間に第１集電板１２２、単位セル１３０、及び第２集電板１２４を順に結合して固体酸化物燃料電池を製造できる。

【0101】

他の実施例として、図４及び図８を参照すると、ステップ（Ｓ６３２ｂ）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、単位セル１３０の両面にそれぞれ第１集電板１２２及び第２集電板１２４を結合することができる。

【0102】

次に、ステップ（Ｓ６３４ｂ）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、第１ハウジング１１２の一面、即ち、上面に単位セル１３０を結合することができる。

【0103】

次に、ステップ（Ｓ６３６ｂ）で、本発明の一実施例に係る一体型集電板を用いた固体酸化物燃料電池の製造装置は、単位セル１３０の一面に第２ハウジング１１４を結合して固体酸化物燃料電池を製造できる。

【0104】

即ち、本実施例においては、単位セル１３０の両面に第１集電板１２２及び第２集電板１２４を先に結合した後、第１ハウジング１１２及び第２ハウジング１１４の間に結合させることができる。

【0105】

今まで本発明に係る具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲から外れない限度内では様々な変形が可能であることはもちろんである。それゆえ、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものにより定められるべきである。

【0106】

以上のように、本発明は、限定された実施例と図面により説明されたが、本発明は、前記の実施例に限定されるものではなく、これは、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。従って、本発明思想は、下記に記載の特許請求の範囲によってのみ把握されるべきであり、その均等または等価的変形はいずれも本発明思想の範疇に属するといえるだろう。

【符号の説明】

【0107】

１０ 電気端子
２０ａ ガス流入部
２０ｂ ガス排出部
１１２ 第１ハウジング
１１４ 第２ハウジング
１２２ 第１集電板
１２４ 第２集電板
１２６ａ 充填部
１２６ｂ 密封部
１３０ 単位セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】