固体酸化物燃料電池
【課題】炭化水素系燃料を改質することができる改質支持層を燃料電池の内側または外側に備えることにより、別途の改質器を備える必要がない固体酸化物燃料電池を提供する。
【解決手段】固体酸化物燃料電池１００は、管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層１１０、改質支持層１１０の外側に形成された燃料極１２０、燃料極１２０の外側に形成された電解質１３０、及び電解質１３０の外側に形成された空気極１４０を含む構成であり、固体酸化物燃料電池１００に改質支持層１１０を備えることにより、別途の改質器を備える必要がないため、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができる長所がある。
【解決手段】固体酸化物燃料電池１００は、管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層１１０、改質支持層１１０の外側に形成された燃料極１２０、燃料極１２０の外側に形成された電解質１３０、及び電解質１３０の外側に形成された空気極１４０を含む構成であり、固体酸化物燃料電池１００に改質支持層１１０を備えることにより、別途の改質器を備える必要がないため、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができる長所がある。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは、燃料（水素、ＬＮＧ、ＬＰＧなど）と酸素（空気）の化学エネルギーを電気化学的反応によって、電気及び熱に直接変換させる装置である。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は異なって、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殆ど排出せず、二酸化炭素の発生も少なくて無公害発電が可能であり、低騷音、無振動などの長所を有する。
【０００３】
燃料電池は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）など、多様な種類があるが、このうち固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、活性化分極に基づいた過電圧が低く、非可逆的損失が少ないため、発電効率が高い。また、電極での反応速度が早いため、電極触媒として高価の貴金属を必要としない。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。
【０００４】
図１は、固体酸化物燃料電池の発電原理を図示した概念図である。
【０００５】
図１を参照して、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ；ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）の基本的な発電原理を説明すると、燃料が水素（Ｈ２）または一酸化炭素（ＣＯ）である場合、燃料極１と空気極２では、下記のような電極反応が行われる。
【０００６】
燃料極：ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２
２Ｈ２＋２Ｏ２−→４ｅ−＋２Ｈ２Ｏ
空気極：Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−
全反応：Ｈ２＋ＣＯ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【０００７】
即ち、燃料極１で生成された電子（ｅ−）は、外部回路４を介して空気極２に伝達され、同時に空気極２で発生した酸素イオン（Ｏ２−）は、電解質３を介して燃料極１に伝達される。また、燃料極１では、水素（Ｈ２）が酸素イオン（Ｏ２−）と結合されて電子（ｅ−）及び水（Ｈ２Ｏ）が生成される。結局、固体酸化物燃料電池の全反応を説明すると、水素（Ｈ２）または一酸化炭素（ＣＯ）が燃料極１に供給され、酸素が空気極２に供給されて、最終的に二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成されることが分かる。
【０００８】
しかし、固体酸化物燃料電池に供給される燃料が水素または一酸化炭素でなく、プロパン、メタンまたはブタンのような炭化水素系である場合、炭化水素系燃料を外部で水素または一酸化炭素に改質した後、固体酸化物燃料電池に供給しなければならない。従って、燃料が炭化水素系である場合、固体酸化物燃料電池の外部に改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ）を別途に備えて燃料を改質しなければならないため、全体的な燃料電池システムの体積と重量が増加するだけでなく、システムが複雑になり、製造コストが増加して効率が落ちるという問題点が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような問題点を解決するために導き出されたものであり、炭化水素系燃料を改質することができる改質支持層を燃料電池の内側または外側に備えることにより、別途の改質器を備える必要がない固体酸化物燃料電池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】
【００１０】
本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池は、管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層、前記改質支持層の外側に形成された燃料極、前記燃料極の外側に形成された電解質、及び前記電解質の外側に形成された空気極を含む構成である。
【００１１】
ここで、前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケル重量比より大きいことを特徴とする。
【００１４】
また、前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池は、管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する改質支持層、前記改質支持層の内側に形成された燃料極、前記燃料極の内側に形成された電解質及び前記電解質の内側に形成された空気極を含む構成である。
【００１７】
ここで、前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことを特徴とする。
【００２０】
また、前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００２１】
また、前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
本発明によると、改質支持層を燃料電池の最内側または最外側に備えることにより、別途の改質器を備える必要がなく、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができる長所がある。
【００２５】
また、本発明によると、燃料電池システムが簡素になり、製造コストを低減することができて、効率を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】固体酸化物燃料電池の発電原理を図示した概念図である。
【図２】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（１）である。
【図３】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（２）である。
【図４】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（３）である。
【図５】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（４）である。
【図６】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（５）である。
【図７】図２に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【図８】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（１）である。
【図９】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（２）である。
【図１０】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（３）である。
【図１１】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（４）である。
【図１２】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（５）である。
【図１３】図８に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係わる以下の詳細な説明およ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。
【００２８】
また、図面上に示されたＯ２及びＣＨ４は、燃料電池の作動過程を詳細に説明するための例示に過ぎず、燃料極や空気極に供給される気体の種類を制限するものではない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００３０】
図２から図６は、本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図である。図７は、図２に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【００３１】
図２から図７に図示されたように、本実施例による固体酸化物燃料電池１００は、管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層１１０、改質支持層１１０の外側に形成された燃料極１２０、燃料極１２０の外側に形成された電解質１３０、及び電解質１３０の外側に形成された空気極１４０を含む構成である。
【００３２】
前記改質支持層１１０は、外側に形成された燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０を支持する役割だけでなく、炭化水素系燃料を改質する役割を遂行するものである。従って、改質支持層１１０は、支持力を確保するために、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０より厚いことが好ましく、圧出工程などを利用して形成することができる。また、改質支持層１１０は管状に形成され、内部に供給される燃料を改質する。
【００３３】
ここで、燃料は、図面上に記載されているメタン（ＣＨ４）だけでなく、プロパンまたはブタンを含む炭化水素系であり、前記燃料は、改質支持層１１０で水素と炭素に改質されて、改質支持層１１０の外側に形成された燃料極１２０に伝達される。従って、改質支持層１１０は、燃料を伝達することができるように、多孔性構造で形成することが好ましい。また、改質支持層１１０は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で形成されて、相対的に酸化ニッケルの重量比が高くて炭化水素系燃料を改質することができるが、これに対する詳細な説明は後述する。
【００３４】
一方、改質支持層１１０は、管状であれば、特に断面の形状が限定されるものではないが、円形状（図２参照）、偏平管状（図３参照）、三角形状（図４参照）、四角形状（図５参照）または六角形状（図６参照）に形成することができる。改質支持層１１０の断面の形状は、最終的な固体酸化物燃料電池１００の断面の形状を決定するため、固体酸化物燃料電池１００も円形状（図２参照）、偏平管状（図３参照）、三角形状（図４参照）、四角形状（図５参照）または六角形状（図６参照）に形成することができる。一方、改質支持層１１０を管状に形成することにより、燃料を供給するマニホールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）と固体酸化物燃料電池１００を確実に密封して、燃料が漏出されることを防止することができる長所がある。
【００３５】
前記燃料極１２０は、改質支持層１１０から改質された燃料の伝達を受けて電極反応を通じて陰極の役割を遂行するものであり、改質支持層１１０の外側に形成される。ここで、燃料極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、１２００℃から１３００℃で加熱して形成することができる。
【００３６】
この際、燃料極１２０は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成し、ここで、酸化ニッケルが水素によって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。一方、燃料極１２０と上述の改質支持層１１０の成分は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）であり、互いに類似することが分かる。しかし、改質支持層１１０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比は、燃料極１２０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことが好ましい。例えば、燃料極１２０の酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの重量比は、５０：５０から４０：６０である一方、改質支持層１１０の酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの重量比は、６０：４０から８０：２０である。改質支持層１１０が酸化ニッケルを相対的に多く含むことにより、炭化水素系燃料を改質することができ、燃料極１２０がイットリア安定化ジルコニアを相対的に多く含むことにより、電解質１３０との熱膨張係数をあわせて、クラック（ｃｒａｃｋ）が発生することを防止することができるのである。
【００３７】
前記電解質１３０は、空気極１４０で発生した酸素イオンを燃料極１２０に伝達する役割を遂行するものであり、燃料極１２０の外側に形成される。ここで、電解質１３０は、イットリア安定化ジルコニアまたはＳｃＳＺ（Ｓｃａｎｄｉｕｍ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）、ＧＤＣ、ＬＤＣなどを燃料極１２０と同様に乾式法または湿式法でコーティングした後、１３００℃から１５００℃で焼結して形成することができる。
【００３８】
この際、イットリア安定化ジルコニアは、４価ジルコニウムイオンの一部が３価のイトリウムイオンに代置されているため、イトリウムイオン２個あたり１個の酸素イオン孔が内部に発生し、高温で前記孔を介して酸素イオンが移動するようになる。一方、電解質１３０は、固体電解質１３０であるため、水溶液や溶融塩のような液体電解質１３０に比べて、イオン伝導率が低くて抵抗分極による電圧降下が少なく発生するため、なるべく薄く形成することが好ましい。また、電解質１３０に気孔が生じると、燃料と酸素（空気）が直接反応するクロスオーバー（ｃｒｏｓｓ ｏｖｅｒ）現象が発生して効率が落ちるため、きずが発生しないように注意しなければならない。
【００３９】
前記空気極１４０は、外部から酸素または空気の伝達を受けて、電極反応を通じて陽極の役割を遂行するものであり、電解質１３０の外側に形成される。ここで、空気極１４０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）などを燃料極１２０と同様に乾式法または湿式法でコーティングした後、１２００℃から１３００℃で焼結して形成することができる。一方、空気極１４０では、酸素がランタンストロンチウムマンガナイトの触媒作用によって酸素イオンに転換され、電解質１３０を介して燃料極１２０に伝達されるのである。
【００４０】
一方、燃料極１２０と電解質１３０の間には、燃料極機能層１５０が形成されることができる。ここで、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０と同様に酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成することができる。但し、電気化学的な活性を強化するために、燃料極機能層１５０は、粗大なイットリア安定化ジルコニアでなく、微細なイットリア安定化ジルコニアを利用して形成することが好ましい。一方、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０に電解質１３０を形成するための緩衝役割も遂行するため、低い気孔率を有し、かつ表面粗さを最小化することが好ましい。
【００４１】
また、電解質１３０と空気極１４０の間には、空気極機能層１６０が形成されることができる。ここで、空気極機能層１６０は、空気極１４０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、空気極機能層１６０は、空気極１４０を形成する物質と電解質１３０を形成する物質との間の複合体を利用して形成することが好ましい。例えば、空気極機能層１６０は、空気極１４０を形成するランタンストロンチウムマンガナイトと、電解質１３０を形成するイットリア安定化ジルコニアとの複合体を利用して形成することができる。一方、空気極機能層１６０は、燃料極機能層１５０のように電解質１３０と空気極１４０の間の緩衝役割を遂行する。
【００４２】
本実施例による固体酸化物燃料電池１００は、改質支持層１１０を固体酸化物燃料電池１００の最内側に備えて、別途の改質器を備える必要がないため、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができる長所がある。また、燃料電池システムが簡素になり、製造コストを低減することができて、効率を高めることができる効果がある。
【００４３】
図８から図１２は、本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図である。図１３は、図８に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【００４４】
図８から図１３に図示されたように、本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する改質支持層１１０、改質支持層１１０の内側に形成された燃料極１２０、燃料極１２０の内側に形成された電解質１３０、及び電解質１３０の内側に形成された空気極１４０を含む構成である。
【００４５】
本実施例による固体酸化物燃料電池２００と上述の第１実施例による固体酸化物燃料電池１００のもっとも大きい差異は、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０の形成位置である。即ち、本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０が改質支持層１１０の内側に形成された反面、第１実施例による固体酸化物燃料電池１００は、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０が改質支持層１１０の外側に形成される。従って、本実施例では上述の差異を中心に記述し、重複される説明は省略する。
【００４６】
前記改質支持層１１０は、内側に形成された燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０を支持する役割だけでなく、炭化水素系燃料を改質する役割を遂行するものである。ここで、改質支持層１１０は、管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する。この際、燃料は、図面上に記載されているメタン（ＣＨ４）だけでなく、プロパンまたはブタンを含む炭化水素系であり、前記燃料は、改質支持層１１０で水素と炭素に改質されて改質支持層１１０の内側に形成された燃料極１２０に伝達される。一方、改質支持層１１０の断面は、円形状（図８参照）、偏平管状（図９参照）、三角形状（図１０参照）、四角形状（図１１参照）または六角形状（図１２参照）に形成することができる。一方、改質支持層１１０を管状に形成することにより、酸素または空気を供給するマニホールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）と固体酸化物燃料電池１００を確実に密封して、酸素または空気が漏出されることを防止することができる長所がある。
【００４７】
前記燃料極１２０は、改質支持層１１０から改質された燃料の伝達を受けて電極反応を通じて陰極の役割を遂行するものであり、改質支持層１１０の内側に形成される。ここで、燃料極１２０は、改質支持層１１０と同様に酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成することができる。この際、改質支持層１１０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比は、燃料極１２０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことが好ましい。
【００４８】
前記電解質１３０は、空気極１４０で発生した酸素イオンを燃料極１２０に伝達する役割を遂行するものであり、燃料極１２０の内側に形成される。ここで、電解質１３０は、イットリア安定化ジルコニアまたはＳｃＳＺ（Ｓｃａｎｄｉｕｍ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）、ＧＤＣ、ＬＤＣなどを利用して形成することができる。この際、イットリア安定化ジルコニアは、４価ジルコニウムイオンの一部が３価のイトリウムイオンに代置されているため、イトリウムイオン２個あたり１個の酸素イオン孔が内部に発生し、高温で前記孔を介して酸素イオンが移動するようになる。
【００４９】
前記空気極１４０は、内部から酸素または空気の伝達を受けて電極反応を通じて陽極の役割を遂行するものであり、電解質１３０の内側に形成される。ここで、空気極１４０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）などを利用して形成することができる。また、空気極１４０では、酸素がランタンストロンチウムマンガナイトの触媒作用によって酸素イオンに転換されて、電解質１３０を介して燃料極１２０に伝達されるのである。
【００５０】
一方、燃料極１２０と電解質１３０の間には、燃料極機能層１５０が形成されることができる。ここで、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０と同様に酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成することができる。また、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０と電解質１３０の間の緩衝役割も遂行する。
【００５１】
また、電解質１３０と空気極１４０の間には、空気極機能層１６０が形成されることができる。ここで、空気極機能層１６０は、空気極１４０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、空気極機能層１６０は、空気極１４０を形成するランタンストロンチウムマンガナイトと、電解質１３０を形成するイットリア安定化ジルコニアとの複合体を利用して形成することができる。一方、空気極機能層１６０は、燃料極機能層１５０のように電解質１３０と空気極１４０の間の緩衝役割を遂行する。
【００５２】
本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、改質支持層１１０を固体酸化物燃料電池２００の最外側に備えて、別途の改質器を備える必要がない。従って、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができ、燃料電池システムが簡素になり、製造コストを低減することができるだけでなく、効率を高めることができる効果がある。
【００５３】
以上、本発明を具体的な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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、炭化水素系燃料を改質することができる改質支持層を燃料電池の内側または外側に備えることにより、別途の改質器を備える必要がない固体酸化物燃料電池に適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 燃料極
２ 空気極
３ 電解質
４ 外部回路
１００、２００ 固体酸化物燃料電池
１１０ 改質支持層
１２０ 燃料極
１３０ 電解質
１４０ 空気極
１５０ 燃料極機能層
１６０ 空気極機能層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは、燃料（水素、ＬＮＧ、ＬＰＧなど）と酸素（空気）の化学エネルギーを電気化学的反応によって、電気及び熱に直接変換させる装置である。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は異なって、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殆ど排出せず、二酸化炭素の発生も少なくて無公害発電が可能であり、低騷音、無振動などの長所を有する。
【０００３】
燃料電池は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）など、多様な種類があるが、このうち固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、活性化分極に基づいた過電圧が低く、非可逆的損失が少ないため、発電効率が高い。また、電極での反応速度が早いため、電極触媒として高価の貴金属を必要としない。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。
【０００４】
図１は、固体酸化物燃料電池の発電原理を図示した概念図である。
【０００５】
図１を参照して、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ；ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）の基本的な発電原理を説明すると、燃料が水素（Ｈ２）または一酸化炭素（ＣＯ）である場合、燃料極１と空気極２では、下記のような電極反応が行われる。
【０００６】
燃料極：ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２
２Ｈ２＋２Ｏ２−→４ｅ−＋２Ｈ２Ｏ
空気極：Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−
全反応：Ｈ２＋ＣＯ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【０００７】
即ち、燃料極１で生成された電子（ｅ−）は、外部回路４を介して空気極２に伝達され、同時に空気極２で発生した酸素イオン（Ｏ２−）は、電解質３を介して燃料極１に伝達される。また、燃料極１では、水素（Ｈ２）が酸素イオン（Ｏ２−）と結合されて電子（ｅ−）及び水（Ｈ２Ｏ）が生成される。結局、固体酸化物燃料電池の全反応を説明すると、水素（Ｈ２）または一酸化炭素（ＣＯ）が燃料極１に供給され、酸素が空気極２に供給されて、最終的に二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成されることが分かる。
【０００８】
しかし、固体酸化物燃料電池に供給される燃料が水素または一酸化炭素でなく、プロパン、メタンまたはブタンのような炭化水素系である場合、炭化水素系燃料を外部で水素または一酸化炭素に改質した後、固体酸化物燃料電池に供給しなければならない。従って、燃料が炭化水素系である場合、固体酸化物燃料電池の外部に改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ）を別途に備えて燃料を改質しなければならないため、全体的な燃料電池システムの体積と重量が増加するだけでなく、システムが複雑になり、製造コストが増加して効率が落ちるという問題点が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような問題点を解決するために導き出されたものであり、炭化水素系燃料を改質することができる改質支持層を燃料電池の内側または外側に備えることにより、別途の改質器を備える必要がない固体酸化物燃料電池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】
【００１０】
本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池は、管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層、前記改質支持層の外側に形成された燃料極、前記燃料極の外側に形成された電解質、及び前記電解質の外側に形成された空気極を含む構成である。
【００１１】
ここで、前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケル重量比より大きいことを特徴とする。
【００１４】
また、前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池は、管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する改質支持層、前記改質支持層の内側に形成された燃料極、前記燃料極の内側に形成された電解質及び前記電解質の内側に形成された空気極を含む構成である。
【００１７】
ここで、前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことを特徴とする。
【００２０】
また、前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００２１】
また、前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
本発明によると、改質支持層を燃料電池の最内側または最外側に備えることにより、別途の改質器を備える必要がなく、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができる長所がある。
【００２５】
また、本発明によると、燃料電池システムが簡素になり、製造コストを低減することができて、効率を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】固体酸化物燃料電池の発電原理を図示した概念図である。
【図２】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（１）である。
【図３】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（２）である。
【図４】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（３）である。
【図５】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（４）である。
【図６】本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（５）である。
【図７】図２に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【図８】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（１）である。
【図９】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（２）である。
【図１０】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（３）である。
【図１１】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（４）である。
【図１２】本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図（５）である。
【図１３】図８に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係わる以下の詳細な説明およ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。
【００２８】
また、図面上に示されたＯ２及びＣＨ４は、燃料電池の作動過程を詳細に説明するための例示に過ぎず、燃料極や空気極に供給される気体の種類を制限するものではない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００３０】
図２から図６は、本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池の断面図である。図７は、図２に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【００３１】
図２から図７に図示されたように、本実施例による固体酸化物燃料電池１００は、管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層１１０、改質支持層１１０の外側に形成された燃料極１２０、燃料極１２０の外側に形成された電解質１３０、及び電解質１３０の外側に形成された空気極１４０を含む構成である。
【００３２】
前記改質支持層１１０は、外側に形成された燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０を支持する役割だけでなく、炭化水素系燃料を改質する役割を遂行するものである。従って、改質支持層１１０は、支持力を確保するために、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０より厚いことが好ましく、圧出工程などを利用して形成することができる。また、改質支持層１１０は管状に形成され、内部に供給される燃料を改質する。
【００３３】
ここで、燃料は、図面上に記載されているメタン（ＣＨ４）だけでなく、プロパンまたはブタンを含む炭化水素系であり、前記燃料は、改質支持層１１０で水素と炭素に改質されて、改質支持層１１０の外側に形成された燃料極１２０に伝達される。従って、改質支持層１１０は、燃料を伝達することができるように、多孔性構造で形成することが好ましい。また、改質支持層１１０は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で形成されて、相対的に酸化ニッケルの重量比が高くて炭化水素系燃料を改質することができるが、これに対する詳細な説明は後述する。
【００３４】
一方、改質支持層１１０は、管状であれば、特に断面の形状が限定されるものではないが、円形状（図２参照）、偏平管状（図３参照）、三角形状（図４参照）、四角形状（図５参照）または六角形状（図６参照）に形成することができる。改質支持層１１０の断面の形状は、最終的な固体酸化物燃料電池１００の断面の形状を決定するため、固体酸化物燃料電池１００も円形状（図２参照）、偏平管状（図３参照）、三角形状（図４参照）、四角形状（図５参照）または六角形状（図６参照）に形成することができる。一方、改質支持層１１０を管状に形成することにより、燃料を供給するマニホールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）と固体酸化物燃料電池１００を確実に密封して、燃料が漏出されることを防止することができる長所がある。
【００３５】
前記燃料極１２０は、改質支持層１１０から改質された燃料の伝達を受けて電極反応を通じて陰極の役割を遂行するものであり、改質支持層１１０の外側に形成される。ここで、燃料極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、１２００℃から１３００℃で加熱して形成することができる。
【００３６】
この際、燃料極１２０は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成し、ここで、酸化ニッケルが水素によって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。一方、燃料極１２０と上述の改質支持層１１０の成分は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）であり、互いに類似することが分かる。しかし、改質支持層１１０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比は、燃料極１２０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことが好ましい。例えば、燃料極１２０の酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの重量比は、５０：５０から４０：６０である一方、改質支持層１１０の酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの重量比は、６０：４０から８０：２０である。改質支持層１１０が酸化ニッケルを相対的に多く含むことにより、炭化水素系燃料を改質することができ、燃料極１２０がイットリア安定化ジルコニアを相対的に多く含むことにより、電解質１３０との熱膨張係数をあわせて、クラック（ｃｒａｃｋ）が発生することを防止することができるのである。
【００３７】
前記電解質１３０は、空気極１４０で発生した酸素イオンを燃料極１２０に伝達する役割を遂行するものであり、燃料極１２０の外側に形成される。ここで、電解質１３０は、イットリア安定化ジルコニアまたはＳｃＳＺ（Ｓｃａｎｄｉｕｍ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）、ＧＤＣ、ＬＤＣなどを燃料極１２０と同様に乾式法または湿式法でコーティングした後、１３００℃から１５００℃で焼結して形成することができる。
【００３８】
この際、イットリア安定化ジルコニアは、４価ジルコニウムイオンの一部が３価のイトリウムイオンに代置されているため、イトリウムイオン２個あたり１個の酸素イオン孔が内部に発生し、高温で前記孔を介して酸素イオンが移動するようになる。一方、電解質１３０は、固体電解質１３０であるため、水溶液や溶融塩のような液体電解質１３０に比べて、イオン伝導率が低くて抵抗分極による電圧降下が少なく発生するため、なるべく薄く形成することが好ましい。また、電解質１３０に気孔が生じると、燃料と酸素（空気）が直接反応するクロスオーバー（ｃｒｏｓｓ ｏｖｅｒ）現象が発生して効率が落ちるため、きずが発生しないように注意しなければならない。
【００３９】
前記空気極１４０は、外部から酸素または空気の伝達を受けて、電極反応を通じて陽極の役割を遂行するものであり、電解質１３０の外側に形成される。ここで、空気極１４０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）などを燃料極１２０と同様に乾式法または湿式法でコーティングした後、１２００℃から１３００℃で焼結して形成することができる。一方、空気極１４０では、酸素がランタンストロンチウムマンガナイトの触媒作用によって酸素イオンに転換され、電解質１３０を介して燃料極１２０に伝達されるのである。
【００４０】
一方、燃料極１２０と電解質１３０の間には、燃料極機能層１５０が形成されることができる。ここで、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０と同様に酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成することができる。但し、電気化学的な活性を強化するために、燃料極機能層１５０は、粗大なイットリア安定化ジルコニアでなく、微細なイットリア安定化ジルコニアを利用して形成することが好ましい。一方、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０に電解質１３０を形成するための緩衝役割も遂行するため、低い気孔率を有し、かつ表面粗さを最小化することが好ましい。
【００４１】
また、電解質１３０と空気極１４０の間には、空気極機能層１６０が形成されることができる。ここで、空気極機能層１６０は、空気極１４０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、空気極機能層１６０は、空気極１４０を形成する物質と電解質１３０を形成する物質との間の複合体を利用して形成することが好ましい。例えば、空気極機能層１６０は、空気極１４０を形成するランタンストロンチウムマンガナイトと、電解質１３０を形成するイットリア安定化ジルコニアとの複合体を利用して形成することができる。一方、空気極機能層１６０は、燃料極機能層１５０のように電解質１３０と空気極１４０の間の緩衝役割を遂行する。
【００４２】
本実施例による固体酸化物燃料電池１００は、改質支持層１１０を固体酸化物燃料電池１００の最内側に備えて、別途の改質器を備える必要がないため、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができる長所がある。また、燃料電池システムが簡素になり、製造コストを低減することができて、効率を高めることができる効果がある。
【００４３】
図８から図１２は、本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池の断面図である。図１３は、図８に図示された固体酸化物燃料電池の斜視図である。
【００４４】
図８から図１３に図示されたように、本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する改質支持層１１０、改質支持層１１０の内側に形成された燃料極１２０、燃料極１２０の内側に形成された電解質１３０、及び電解質１３０の内側に形成された空気極１４０を含む構成である。
【００４５】
本実施例による固体酸化物燃料電池２００と上述の第１実施例による固体酸化物燃料電池１００のもっとも大きい差異は、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０の形成位置である。即ち、本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０が改質支持層１１０の内側に形成された反面、第１実施例による固体酸化物燃料電池１００は、燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０が改質支持層１１０の外側に形成される。従って、本実施例では上述の差異を中心に記述し、重複される説明は省略する。
【００４６】
前記改質支持層１１０は、内側に形成された燃料極１２０、電解質１３０及び空気極１４０を支持する役割だけでなく、炭化水素系燃料を改質する役割を遂行するものである。ここで、改質支持層１１０は、管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する。この際、燃料は、図面上に記載されているメタン（ＣＨ４）だけでなく、プロパンまたはブタンを含む炭化水素系であり、前記燃料は、改質支持層１１０で水素と炭素に改質されて改質支持層１１０の内側に形成された燃料極１２０に伝達される。一方、改質支持層１１０の断面は、円形状（図８参照）、偏平管状（図９参照）、三角形状（図１０参照）、四角形状（図１１参照）または六角形状（図１２参照）に形成することができる。一方、改質支持層１１０を管状に形成することにより、酸素または空気を供給するマニホールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）と固体酸化物燃料電池１００を確実に密封して、酸素または空気が漏出されることを防止することができる長所がある。
【００４７】
前記燃料極１２０は、改質支持層１１０から改質された燃料の伝達を受けて電極反応を通じて陰極の役割を遂行するものであり、改質支持層１１０の内側に形成される。ここで、燃料極１２０は、改質支持層１１０と同様に酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成することができる。この際、改質支持層１１０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比は、燃料極１２０のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことが好ましい。
【００４８】
前記電解質１３０は、空気極１４０で発生した酸素イオンを燃料極１２０に伝達する役割を遂行するものであり、燃料極１２０の内側に形成される。ここで、電解質１３０は、イットリア安定化ジルコニアまたはＳｃＳＺ（Ｓｃａｎｄｉｕｍ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）、ＧＤＣ、ＬＤＣなどを利用して形成することができる。この際、イットリア安定化ジルコニアは、４価ジルコニウムイオンの一部が３価のイトリウムイオンに代置されているため、イトリウムイオン２個あたり１個の酸素イオン孔が内部に発生し、高温で前記孔を介して酸素イオンが移動するようになる。
【００４９】
前記空気極１４０は、内部から酸素または空気の伝達を受けて電極反応を通じて陽極の役割を遂行するものであり、電解質１３０の内側に形成される。ここで、空気極１４０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）などを利用して形成することができる。また、空気極１４０では、酸素がランタンストロンチウムマンガナイトの触媒作用によって酸素イオンに転換されて、電解質１３０を介して燃料極１２０に伝達されるのである。
【００５０】
一方、燃料極１２０と電解質１３０の間には、燃料極機能層１５０が形成されることができる。ここで、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０と同様に酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用して形成することができる。また、燃料極機能層１５０は、燃料極１２０と電解質１３０の間の緩衝役割も遂行する。
【００５１】
また、電解質１３０と空気極１４０の間には、空気極機能層１６０が形成されることができる。ここで、空気極機能層１６０は、空気極１４０の電気化学的な活性を補完する役割を遂行する。従って、空気極機能層１６０は、空気極１４０を形成するランタンストロンチウムマンガナイトと、電解質１３０を形成するイットリア安定化ジルコニアとの複合体を利用して形成することができる。一方、空気極機能層１６０は、燃料極機能層１５０のように電解質１３０と空気極１４０の間の緩衝役割を遂行する。
【００５２】
本実施例による固体酸化物燃料電池２００は、改質支持層１１０を固体酸化物燃料電池２００の最外側に備えて、別途の改質器を備える必要がない。従って、全体的な燃料電池システムの体積と重量を減らすことができ、燃料電池システムが簡素になり、製造コストを低減することができるだけでなく、効率を高めることができる効果がある。
【００５３】
以上、本発明を具体的な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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、炭化水素系燃料を改質することができる改質支持層を燃料電池の内側または外側に備えることにより、別途の改質器を備える必要がない固体酸化物燃料電池に適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 燃料極
２ 空気極
３ 電解質
４ 外部回路
１００、２００ 固体酸化物燃料電池
１１０ 改質支持層
１２０ 燃料極
１３０ 電解質
１４０ 空気極
１５０ 燃料極機能層
１６０ 空気極機能層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層；
前記改質支持層の外側に形成された燃料極；
前記燃料極の外側に形成された電解質；及び
前記電解質の外側に形成された空気極；
を含むことを特徴とする固体酸化物燃料電池。
【請求項２】
前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項３】
前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項４】
前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、
前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケル重量比より大きいことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項５】
前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項６】
前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項７】
管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する改質支持層；
前記改質支持層の内側に形成された燃料極；
前記燃料極の内側に形成された電解質；及び
前記電解質の内側に形成された空気極；
を含むことを特徴とする固体酸化物燃料電池。
【請求項８】
前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項９】
前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１０】
前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、
前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１１】
前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１２】
前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１】
管状に形成されて内部に供給される燃料を改質する改質支持層；
前記改質支持層の外側に形成された燃料極；
前記燃料極の外側に形成された電解質；及び
前記電解質の外側に形成された空気極；
を含むことを特徴とする固体酸化物燃料電池。
【請求項２】
前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項３】
前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項４】
前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、
前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケル重量比より大きいことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項５】
前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項６】
前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項７】
管状に形成されて外部に供給される燃料を改質する改質支持層；
前記改質支持層の内側に形成された燃料極；
前記燃料極の内側に形成された電解質；及び
前記電解質の内側に形成された空気極；
を含むことを特徴とする固体酸化物燃料電池。
【請求項８】
前記改質支持層の断面は、円形状、偏平管状、三角形状、四角形状または六角形状であることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項９】
前記燃料は、炭化水素系であることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１０】
前記改質支持層と前記燃料極は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含み、
前記改質支持層のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比が、前記燃料極のイットリア安定化ジルコニアに対する酸化ニッケルの重量比より大きいことを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１１】
前記燃料極と前記電解質の間に形成された燃料極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１２】
前記電解質と前記空気極の間に形成された空気極機能層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−５４２２４（Ｐ２０１２−５４２２４Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７２２０（Ｐ２０１１−８７２２０）
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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