고효율 평관형 고체산화물 셀 및 고온 수전해-연료전지 스택 제조 기술

B06

 특허명 :평관형 고체산화물 단위 셀용 음극, 평관형 외 7건

High-efficiency flat-tubular solid oxide cell ,high-temp water electrolysis-fuel cell stack  technology

TRL 4~5 : LabScale 성능평가~유사 환경working 검증

한줄 기술 요약

  • 평관형 고체 산화물 셀(Flat-tubular solid oxide cells)은 압출 공정 기반의 세라믹 공정 기술을 적용하여 제조된,

    Ni-YSZ 기반의음극지지형 셀로써 650~750도에서 작동하는 고온수전해 연료전지 스택의 핵심 부품으로 활용 

개발배경 및 해결과제

  • 기존 기술

    기존기술은 평판형 셀기반 적층스택
    테이프 케스팅 공정기반 셀제작
    높은 스택 발전효율(50%이상) 및 수전해 스택 효율(98%이상)
    수소 및 공기극 동시 밀봉으로밀봉부위가 넓어 스택 제조 가격이 현재까지 매우 고가.
    기계적 안정성이 필요한 수전해 모드에서 스택 안정성이 떨어짐

기술의 우수성

  • 본기술: 평관형 셀 및 적층 스택

    압출 공정 기반 대면적 셀 제작
    평판형 스택과 동일 수준의 스택 발전효율(50%) 및 수전해 스택효율(100%) 달성
    기존 평판형 스택의 밀봉재 사용량1/10으로 획기적 저감 및 스택 제조가격 절감
    평관형 셀의 지지체 구조로 인해 기계적 강도가 우수하며 수전해 장기 안정성이 우수

기술의 차별성

  • 세계최초로 100㎠(제곱)활성 면적의 대면적 평관형 고체산화물 셀 제조
  • 50%의 발전효율(연료전지) 및 스택효율 100%(HHV 기준, 고온수전해) 달성
  • 3.5L/kW이하의 스택 직접도 달성 및 스택 제조비용을 기존 1/5수준 획기적 절감

기술구성 / 개념

  • 100 ㎠ 대면적 평관형 고체산화물 셀 제조 과정의 단계도
  • 고성능·저가 고온수전해-연료전지 스택 제조 과정 단계도

주요 특징

  • 세계최초로 100활성 면적의 대면적 평관형 고체산화물 셀 제조

  • 50%의 발전효율(연료전지) 및 스택효율 100%(HHV 기준, 고온수전해) 달성

  • 3.5L/kW이하의 스택 직접도 달성 및 스택 제조비용을 기존 1/5수준 획기적 절감

응용분야

  • 수전해 기반의 대용량 그린수소 제조.  대용량 고효율 연료전지 발전

    적용제품

    • 산업열, 원자력 및 신재생에너지 연계 그린 수소생산 시스템 수소연료전지 발전소

      실험 및 실증 데이터

      • 750°C 에서 10셀 스택으로 215W(25A기준) 출력 및 160L/hr 수소생산 용량의 고효율 스택 개발 성공

      실험 및 실증 데이터 2

      • 80~90%의 높은 수증기 연료 이용률로 수소생산 운전이 가능하며 수전해 모드 열화율 약 1% 미만(250시간 기준) 달성

      지식 재산권 현황

      •  총 8건 (미국 포함)