KR100566135B1 - Apparatus for manufacturing the Solid oxide fuel cell by coater-roller - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료전지의 전해질과 전극을 제조하기 위한 코터롤러에 관한 것으로, 상세하게는 각각의 슬러리를 고르게 분포 및 코팅하여 소결 결함이 없고 우수한 피막특성을 갖도록 한 고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러에 관한 것이다.The present invention relates to a coater roller for producing an electrolyte and an electrode of a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a coater roller for manufacturing a solid oxide fuel cell in which each slurry is evenly distributed and coated so that there is no sintering defect and excellent coating properties. It is about.

이를 위하여, 해당되는 슬러리를 공급하는 다수의 공급관과 상기 다수의 공급관 후방에 설치되어 슬러리를 코팅하는 다수의 코팅장치부와 상기 다수의 코팅장치부 후방에 설치되어 슬러리를 건조 및 소둔 가공하는 다수의 건조기 및 소둔로로 이루어진 고체산화물 연료전지의 제조장치에 있어서, 상기 다수의 코팅장치부 각각은 코터롤러를 회전 가능하게 설치하고 상기 코터롤러의 외주면에는 상기 다수의 슬러리 각각을 고르게 분포 및 코팅하기 위해 원주방향으로 그루브를 연속하여 다수 형성한 것을 특징으로 한다.To this end, a plurality of supply pipes for supplying a corresponding slurry and a plurality of coating device parts installed at the rear of the plurality of supply pipes to coat the slurry and a plurality of coating devices installed at the rear of the plurality of coating device parts for drying and annealing the slurry In the apparatus for manufacturing a solid oxide fuel cell consisting of a dryer and an annealing furnace, each of the plurality of coating device parts to install a coater roller rotatably and to evenly distribute and coat each of the plurality of slurry on the outer peripheral surface of the coater roller A plurality of grooves are formed continuously in the circumferential direction.

상기한 구성에 따라, 그루브에 의해 슬러리를 고르게 코팅하므로, 코팅층의 두께를 일정하게 형성할 수 있고, 균열과 같은 소결결함을 방지할 수 있는 효과도 있으며, 코팅층의 우수한 피막특성을 확보할 수 있어 피막박리를 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 단위셀의 외관품질도 향상시킬 수 있는 효과도 있는 것이다.According to the above configuration, since the slurry is evenly coated by the grooves, the thickness of the coating layer can be uniformly formed, and there is also an effect of preventing sintering defects such as cracks, and excellent coating properties of the coating layer can be ensured. Not only can the film peeling be prevented, but the appearance quality of the final unit cell is also improved.

연료전지, 코터롤러, 그루브, 단위셀, 슬러리Fuel Cell, Coater Roller, Groove, Unit Cell, Slurry

Description

고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러{Apparatus for manufacturing the Solid oxide fuel cell by coater-roller}Apparatus for manufacturing the Solid oxide fuel cell by coater-roller}

도 1은 본 발명을 응용하기 위한 제조장치를 개략적으로 나타낸 구성도.1 is a schematic view showing a manufacturing apparatus for applying the present invention.

도 2a는 본 발명에 따른 코터롤러의 그루브 형상을 도시한 부분사시도.Figure 2a is a partial perspective view showing the groove shape of the coater roller according to the present invention.

도 2b는 본 발명에 따른 코터롤러의 그루브 형상의 다른 실시예를 도시한 부분사시도.Figure 2b is a partial perspective view showing another embodiment of the groove shape of the coater roller according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 그루브 골의 단면적과 코팅층의 두께와의 관계를 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing the relationship between the cross-sectional area of the groove groove and the thickness of the coating layer according to the present invention.

*도면중 주요부호에 대한 설명** Description of the major symbols in the drawings *

10 - 공급관 20 - 코터롤러10-supply line 20-coater roller

22 - 그루브 25 - 모터22-Groove 25-Motor

27 - 코팅장치부 30 - 건조기27-Coating unit 30-Dryer

40 - 소둔로 50 - 이송대40-Annealing Furnace 50-Transfer Tray

Es - 전해질슬러리 As - 공기극슬러리Es-Electrolytic Slurry As-Cathode Slurry

Cs - 연료극슬러리 CL - 단위셀Cs-anode slurry CL-unit cell

본 발명은 고체산화물 연료전지의 전해질과 전극을 제조하기 위한 코터롤러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각각의 슬러리를 고르게 분포 및 코팅하여 소결 결함이 없고 우수한 피막특성을 갖는 연료전지를 제조할 수 있도록 한 고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러에 관한 것이다.The present invention relates to a coater roller for preparing an electrolyte and an electrode of a solid oxide fuel cell, and more particularly, to uniformly distribute and coat each slurry so as to produce a fuel cell having no sintering defects and excellent coating properties. One relates to a coater roller for producing a solid oxide fuel cell.

일반적으로, 연료전지(燃料電池 fuel cell)는 산화/환원반응을 이용하여 전류를 생성하는 일종의 발전장치(發電裝置)로서, 외부로부터 연속 공급되는 반응물에 의한 전지반응(電池反應)으로 반응생성물이 계외(系外)로 연속 제거되도록 하여 전류를 얻는 것이다.In general, a fuel cell is a type of power generation device that generates an electric current by using an oxidation / reduction reaction, and a reaction product is generated by a battery reaction by a reactant continuously supplied from the outside. The current is obtained by continuously removing it out of the system.

이러한, 상기 연료전지는 발전효율을 향상시킨 것이나 귀금속 촉매를 사용하지 않는 고온형의 용융탄산염(溶融炭酸鹽) 연료전지를 제2세대 연료전지로, 보다 높은 효율로 발전을 하는 고체산화물 연료전지를 제3세대 연료전지로 분류하고 있다.The fuel cell is a solid oxide fuel cell that generates electricity with higher efficiency by using a high-temperature molten carbonate fuel cell that improves power generation efficiency or does not use a noble metal catalyst as a second generation fuel cell. It is classified as 3rd generation fuel cell.

이 중에서도 특히 고체산화물 연료전지의 특징을 간단히 설명하면, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(700 ~ 1000℃)에서 작동하고, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단한 것을 꼽을 수 있다. 또한, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하고, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. In particular, the characteristics of the solid oxide fuel cell are described briefly, because they operate at the highest temperature (700 to 1000 ° C.) of the existing fuel cells, and all the components are made of solid, so that the structure is simpler than other fuel cells. You can count. In addition, there is no problem of loss, replenishment and corrosion of electrolyte, no need for precious metal catalyst, easy fuel supply through direct internal reforming, and high temperature exhaust gas, which enables thermal combined cycle power generation using waste heat. .

한편, 상기와 같은 특성을 갖는 고체산화물 연료전지의 단위셀을 제조하기 위해서는 도면으로 도시하지는 않았으나, 기존에는 스크린 프린팅(Screen printing)을 이용한 소결법, 증착법, 용사코팅(Plasma spray)법 등 여러 가지 방법을 이용하여 제조를 하였다.On the other hand, in order to manufacture a unit cell of a solid oxide fuel cell having the above characteristics, although not shown in the drawings, various methods, such as sintering method using the screen printing, deposition method, spray coating method (Plasma spray method) It was prepared using.

그러나, 상기와 같이 나열한 방법들은 연료전지를 제조하여 실용화하기 위한 측면에서는 많은 문제점이 있었는데, 먼저 스크린 프린팅을 이용한 소결법은 슬러리 코팅을 하는 경우 스크린 부착, 코팅, 스크린 탈착 등의 작업들에 의해 근본적으로 연속작업이 불가능하므로 동일한 코팅품질을 확보하기가 어려운 문제가 있었고, 또한 건조 및 소둔과정에서 과도한 수축에 의해 코팅층에 흡사 거북이 등과 같은 균열이 발생할 수 있는 문제도 있었다.However, the methods listed above have many problems in terms of manufacturing and commercializing fuel cells. First, the sintering method using screen printing is fundamentally performed by operations such as screen attachment, coating, and screen desorption when slurry coating is performed. There was a problem that it is difficult to ensure the same coating quality because the continuous operation is not possible, and there was also a problem that cracks such as turtles may occur in the coating layer due to excessive shrinkage during drying and annealing.

더욱이, 증착법은 CVD, PVD, ESD 등이 있으나, 공통적으로 증착 속도가 느리고 고가의 장비를 필요로 하므로 생산비용 및 제조단가가 높아져 제품의 가격경쟁력이 떨어지는 문제도 있었다. 그리고, 용사코팅법은 금속분말의 표면 혹은 일부만 용융시켜 코팅시키는 특성상, splat interface, 미용융분말, crack 등 다양한 결함들이 대량으로 존재하므로 전기적인 특성이 필요한 제품에는 적용하지 못하는 폐단도 있었다.Moreover, the deposition method includes CVD, PVD, ESD, etc., but in general, since the deposition rate is slow and requires expensive equipment, the production cost and manufacturing cost are increased, thereby lowering the price competitiveness of the product. In addition, the thermal spray coating method does not apply to a product requiring electrical properties because of the large number of defects such as splat interface, cosmetic melting powder, crack, etc. due to the property of melting or coating only the surface or part of the metal powder.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 각각의 코팅층의 두께를 고르고 일정하게 피막 형성하여 우수한 품질의 단위셀을 확보할 수 있도록 한 고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the problems described above, to provide a coater roller for producing a solid oxide fuel cell to ensure a good quality unit cell by uniformly forming a uniform thickness of each coating layer and to form a uniform film. have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 해당되는 슬러리를 공급하는 다수의 공급관과 상기 다수의 공급관 후방에 설치되어 슬러리를 코팅하는 다수의 코팅장치부와 상기 다수의 코팅장치부 후방에 설치되어 슬러리를 건조 및 소둔 가공하는 다수의 건조기 및 소둔로로 이루어진 고체산화물 연료전지의 제조장치에 있어서, 상기 다수의 코팅장치부 각각은 코터롤러를 회전 가능하게 설치하고 상기 코터롤러의 외주면에는 상기 다수의 슬러리 각각을 고르게 분포 및 코팅하기 위해 원주방향으로 그루브를 연속하여 다수 형성한 것을 특징으로 한다.The configuration of the present invention for achieving the above object, a plurality of supply pipes for supplying a corresponding slurry and a plurality of coating device units installed on the rear of the plurality of supply pipes to coat the slurry and the plurality of coating device units behind In the apparatus for manufacturing a solid oxide fuel cell comprising a plurality of dryers and annealing furnaces for drying and annealing the slurry, each of the plurality of coating apparatus is installed rotatably the coater roller and the outer peripheral surface of the coater roller In order to evenly distribute and coat each of the plurality of slurries, a plurality of grooves are continuously formed in the circumferential direction.

즉, 그루브가 형성된 각각의 코터롤러에 의해 슬러리를 일정하고 고르게 분포 및 코팅하므로, 전해질층과 공기극층과 연료극층의 두께를 각각 일정하게 피막 형성할 수 있고, 이에 따라 우수한 피막특성을 갖는 코팅층을 확보할 수 있는 동시에 연료전지를 이루는 단위셀의 외관품질을 향상시킬 수 있는 것이다.That is, since the slurry is uniformly distributed and coated by the respective coater rollers having grooves formed thereon, the thicknesses of the electrolyte layer, the cathode layer, and the anode layer can be uniformly formed, thereby providing a coating layer having excellent coating properties. It is possible to secure the appearance quality of the unit cell constituting the fuel cell at the same time.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 고체산화물 연료전지의 제조장치를 간략하게 도시한 것으로, 상기한 연료전지를 구성하는 단위셀(CL)을 제조하기 위해서는 다수의 공급관 (10), 코팅장치부(27), 건조기(30), 소둔로(40)를 주요 구성요소로 한다.FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus for manufacturing a solid oxide fuel cell of the present invention. In order to manufacture a unit cell CL constituting the fuel cell, a plurality of supply pipes 10, a coating apparatus unit 27, The dryer 30 and the annealing furnace 40 are main components.

이러한 구성요소의 각각을 설명하면, 먼저 다수의 공급관(10)은 해당하는 슬러리를 자동 이송하는 이송대(50)에 공급하기 위해 상기 다수의 코팅장치부(27) 전방에 각각 설치하는 것으로, 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)를 일정한 양만큼 연속하여 공급하는 구조로 이루어지게 된다.To describe each of these components, first, the plurality of supply pipes 10 are respectively installed in front of the plurality of coating device unit 27 to supply a corresponding slurry to the transfer tray 50, respectively, It is made of a structure for continuously supplying the slurry (Es) (As) (Cs) of a predetermined amount.

여기서, 상기 슬러리는 전해질층과 전극층을 소결 형성하기 위한 혼합물로써, 전해질슬러리(Es)와 공기극슬러리(As)와 연료극슬러리(Cs)로 구분된다. 상기한 전해질슬러리(Es)는 92%의 ZrO₂와 8%의 Y₂O₃의 혼합분말에 물 또는 에탄올을 혼합한 것으로, 볼밀(ball-mill)을 이용하여 수시간동안 혼합하여 사용하게 되는데 경우에 따라서 92%의 ZrO2와 8%의 Y₂O₃의 혼합분말에 결합제(binder) 1%~5%가 첨가된 아세톤을 혼합한 것을 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 공기극슬러리(As)는 La0.8Sr0.2MnO3의 혼합분말과 물을 혼합한 혼합물을 사용하며, 상기 연료극슬러리(Cs)는 Ni-8YSZ의 혼합분말과 물을 혼합한 혼합물을 사용하게 된다.Here, the slurry is a mixture for sintering the electrolyte layer and the electrode layer, and is divided into an electrolyte slurry (Es), an electrode slurry (As), and an electrode slurry (Cs). The electrolyte slurry (Es) is a mixture of 92% ZrO ₂ and 8% Y ₂ O ₃ mixed with water or ethanol, and used for several hours using a ball mill. In some cases, a mixture of 92% ZrO 2 and 8% Y ₂ O ₃ mixed with acetone with 1% to 5% binder added may be used. The cathode slurry (As) uses a mixture of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 mixed powder and water, and the anode slurry (Cs) uses a mixture of Ni-8YSZ mixed powder and water. do.

한편, 본 발명의 핵심적인 구성요소인 다수의 코팅장치부(27)는 상기 공급관(10)에서 공급한 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)를 고르게 분포 및 코팅하는 역할을 하는 것으로 코터롤러(20)를 사용하게 된다. 이러한, 코터롤러(20)는 축방향을 중심으로 이송대(50)의 이송방향에 순방향으로 회전 가능하도록 모터(25)와 같은 구동수단을 축에 연결하여 사용하게 된다.On the other hand, a plurality of coating device unit 27, which is a key component of the present invention is to coat and distribute the coating evenly to each slurry (Es) (As) (Cs) supplied from the supply pipe (10). The roller 20 is used. This, the coater roller 20 is used to connect a drive means such as a motor 25 to the shaft so as to be able to rotate in the forward direction in the transport direction of the carriage 50 about the axial direction.

이와 같은, 코터롤러(20)의 표면에는 첨부도면 도 2a, 2b와 같이 원주방향으로 길게 다수의 그루브(22)를 연속하여 형성하게 되는데, 상기 그루브(22)는 산과 골을 갖도록 형성하게 된다. 이때, 상기한 산과 골의 형상은 모두 삼각형 형상으로 형성하거나, 또는 산의 형상은 사다리꼴로 형성하고 골의 형상은 삼각형으로 형성한다. 이 중에서 특히, 산의 형상을 사다리꼴로 형성하는 것이 바람직하고 그 이유를 간단히 설명하면, 그루브(22)와 코팅되는 이송대(50)와의 접촉하는 면적을 증가 시키므로, 고무로 제작된 상기 그루브(22)의 수명을 연장시키는 동시에 표면장력을 분산시켜 코팅층에 발생하는 줄무늬를 감소시킬 수 있기 때문이다.As such, the surface of the coater roller 20 is formed in succession to form a plurality of grooves 22 continuously in the circumferential direction as shown in Figure 2a, 2b, the groove 22 is formed to have a hill and a valley. At this time, the shape of the mountain and the valley are all formed in a triangular shape, or the shape of the mountain is formed in a trapezoid and the shape of the valley is formed in a triangle. Among these, in particular, it is preferable to form a trapezoidal shape of the acid, and the reason for this is briefly explained, since the area of contact between the groove 22 and the conveyance table 50 to be coated is increased, so that the groove 22 made of rubber is formed. This is because it is possible to reduce the streaks generated in the coating layer by dispersing the surface tension at the same time as extending the life of the).

이처럼 형성되는 상기 그루브(22)의 산과 골의 형상은 전해질의 가공 및 코팅층의 피막특성을 좋게 하기 위해 특정한 수치를 적용하여 형성하게 되는데 전해질슬러리(Es)를 코팅하는 코터롤러(20)의 그루브(22)와 공기극슬러리(As) 및 연료극슬러리(Cs)를 코팅하는 코터롤러(20)의 그루브(22)는 각각 다르게 형성된다.The shape of the acid and valley of the groove 22 formed as described above is formed by applying a specific value in order to improve the processing characteristics of the electrolyte and the coating layer of the coating layer, and the groove of the coater roller 20 coating the electrolyte slurry Es (Es). 22 and the grooves 22 of the coater roller 20 coating the cathode slurry As and the anode slurry Cs are formed differently.

먼저 전해질슬러리(Es)에 사용되는 코터롤러(20)의 그루브(22)를 상세하게 설명하면, 산의 각도(α)는 60~110°로 형성하게 된다. 그 이유는 산의 각도(α)를 60°이하로 하는 경우에는 골의 깊이(h)가 높아짐으로 인하여 최종 코팅층의 두께가 두꺼워지는 문제가 있고, 110°이상으로 하는 경우에는 골의 깊이(h)가 낮아짐으로 인하여 연마날이 충분히 들어가지 않는 문제가 있기 때문이다.First, the groove 22 of the coater roller 20 used for the electrolyte slurry Es will be described in detail. The angle α of the acid is formed at 60 to 110 °. The reason is that when the angle (α) of the mountain is 60 ° or less, the thickness of the final coating layer becomes thick due to the increase of the depth of the bone (h), and when the angle is more than 110 °, the depth of the bone (h) This is because there is a problem that the grinding blade does not enter sufficiently due to the low).

그리고, 산의 수는 25~40/inch개가 되도록 형성하게 되는데, 그 이유는 산의 수가 너무 적은 경우에는 압하력(壓下力)이 집중되어 코터롤러(20)의 마모가 심하게 되는 문제가 있고, 산의 수가 너무 많은 경우에는 그루브(22)의 가공중 상기 그루브(22)를 가공하는 연마석의 마모가 심한 문제가 있기 때문이다.And, the number of the acid is formed to be 25 to 40 / inch, the reason is that if the number of the acid is too small, there is a problem that the down load is concentrated and the wear of the coater roller 20 is severe. If the number of acids is too large, wear of the abrasive stone for processing the groove 22 during the processing of the groove 22 is a serious problem.

또한, 골의 깊이(h)는 3~30㎜로 형성하고, 상기 골의 깊이(h)에 적합하도록 골의 단면적은 40~250㎟/inch가 되도록 형성한다. 이와 같은 이유는 첨부도면 도 5와 같이 상기한 골의 깊이(h)가 전해질슬러리(Es)의 분포량과 직접적인 관계가 있으므로, 골의 깊이(h)가 너무 얕은 경우에는 코터롤러(20)의 그루브(22) 가공성이 떨어지고, 전해질슬러리(Es)의 분포량이 너무 작아지는 문제가 있고, 골의 깊이(h) 가 너무 깊은 경우에는 전해질슬러리(Es)의 분포량이 많아짐으로 인하여 분포 및 코팅 후 건조능력의 부족을 야기시키는 문제가 있기 때문이다.In addition, the depth (h) of the bone is formed to 3 ~ 30mm, so that the cross-sectional area of the bone is formed so as to fit the depth (h) of the bone is 40 ~ 250mm2 / inch. For this reason, as shown in FIG. 5, the depth h of the bone is directly related to the distribution amount of the electrolyte slurry Es. Therefore, when the depth h of the bone is too shallow, the groove of the coater roller 20 is not included. (22) The workability is poor, and the distribution of electrolyte slurry (Es) is too small. If the depth (h) of the bone is too deep, the distribution of electrolyte slurry (Es) is increased due to the increased distribution and drying ability after coating. This is because there is a problem that causes the lack of.

다음으로, 공기극슬러리(As)와 연료극슬러리(Cs)에 사용되는 코터롤러(20)의 그루브(22)는 상기한 전해질코터롤러(20)와 동일하게 산의 각도(α)는 60~110°로 형성하고, 산의 수는 25~40/inch개가 되도록 형성하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.Next, the groove 22 of the coater roller 20 used for the cathode slurry As and the anode slurry Cs is 60 to 110 ° in the same angle as the electrolyte coater roller 20 described above. And the number of acids is formed so that 25 ~ 40 / inch, detailed description thereof will be omitted.

그리고, 골의 깊이(h)는 0.1~2㎜로 형성하고, 상기 골의 깊이(h)에 적합하도록 골의 면적은 1~10㎟/inch가 되도록 형성하게 된다. 이와 같은 이유는 첨부도면 도 5와 같이, 상기한 골의 단면적이 공기극슬러리(As) 및 연료극슬러리(Cs)의 분포량과 직접적인 관계가 있으므로, 골의 단면적이 너무 큰 경우에는 공기극슬러리 (As) 및 연료극슬러리(Cs)가 두껍게 분포되어 코팅되는 슬러리의 두께조절이 어려운 문제가 있고, 골의 단면적이 너무 작은 경우에는 상기 공기극슬러리(As) 및 연료극슬러리(Cs)가 너무 얇게 분포되므로 줄무늬 없이 균일한 코팅층을 형성하기가 어려운 문제가 있기 때문이다.And, the depth (h) of the bone is formed to be 0.1 ~ 2mm, so that the area of the bone is formed to be 1 ~ 10mm2 / inch to fit the depth (h) of the bone. For this reason, as shown in Fig. 5, since the cross-sectional area of the valley is directly related to the distribution amount of the cathode slurry and the anode slurry, the cathode slurry and the case are too large. It is difficult to control the thickness of the slurry to be coated due to the thick distribution of the anode slurry (Cs), and if the cross-sectional area of the valley is too small, the cathode slurry (As) and the anode slurry (Cs) are distributed too thin and uniform without stripes. This is because it is difficult to form a coating layer.

건조기(30)는 상술한 코터롤러(20)를 이용하여 고르게 분포 및 코팅한 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)를 건조시키는 역할을 하는 것으로, 상기 다수의 코팅장치부 (27) 후방에 각각 설치한다.Dryer 30 serves to dry each slurry (Es) (As) (Cs) evenly distributed and coated using the above-described coater roller 20, the rear of the plurality of coating apparatus unit 27 Install on each.

소둔로(40)는 상기 건조기(30)에서 건조된 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)를 소둔 가공하여 소결하는 역할을 하는 것으로, 상기 건조기(30) 후방에 각각 설치한다. 이러한, 상기 소둔로(40)는 가열과정과 가열유지과정과 냉각과정을 거치는 구 조로 이루어지게 되는데, 상기 각각의 소둔 가공을 거친 전해질슬러리(Es)는 50~200㎛의 전해질층으로 소결 형성되고, 공기극슬러리(As)와 연료극슬러리(Cs)는 10~100㎛의 공기극층 및 연료극층으로 각각 소결 형성된다.The annealing furnace 40 serves to anneal and sinter each slurry (Es) (As) (Cs) dried in the dryer 30, and is installed at the rear of the dryer 30, respectively. The annealing furnace 40 is made of a structure that undergoes a heating process, a heating holding process, and a cooling process. The electrolyte slurry (Es) subjected to each annealing process is sintered to form an electrolyte layer having a thickness of 50 to 200 μm. The cathode slurry As and the anode slurry Cs are sintered to form an anode layer and a cathode layer of 10 to 100 µm, respectively.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.

고체산화물 연료전지를 구성하는 단위셀(CL)을 제조하기 위해서는 전해질층 (E)을 형성하고, 상기 전해질층(E) 양면에 공기극층(A)과 연료극층(C)을 피막 형성하여 단위셀(CL)을 제조한다. 그리고, 적정한 출력을 발생하기 위해 상기 단위셀(CL)을 수십에서 수백층으로 스택(stack)하여 적층시켜 사용하게 된다.In order to manufacture the unit cell CL constituting the solid oxide fuel cell, an electrolyte layer E is formed, and a cathode layer A and an anode layer C are formed on both surfaces of the electrolyte layer E to form a unit cell. (CL) is prepared. In order to generate an appropriate output, the unit cells CL may be stacked and stacked in tens to hundreds of layers.

첨부도면 도 1을 통하여 보다 상세하게 설명하면, 각각의 공급관(10)에서 해당되는 슬러리(Es)(As)(Cs)를 공급하게 되고 상기 슬러리(Es)(As)(Cs)는 이송대(50)의 이송에 따라 점차적으로 이동하게 된다. 이와 같은, 상기 슬러리 (Es)(As)(Cs)는 모터(25)에 의해 회전하는 코터롤러(20)의 외주면에 접촉하게 되는데, 이때 상기 코터롤러(20)에 형성된 그루브(22)에 의해 상술한 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)는 고르게 분포 및 코팅된다. In more detail with reference to Figure 1, each of the supply pipe (10) to supply the corresponding slurry (Es) (As) (Cs) and the slurry (Es) (As) (Cs) is a transfer table ( It moves gradually with the transfer of 50). As such, the slurry (Es) (As) (Cs) is in contact with the outer circumferential surface of the coater roller 20 rotating by the motor 25, at this time by the groove 22 formed in the coater roller 20 Each of the slurries (Es) (As) (Cs) described above are evenly distributed and coated.

이와 같이 고르게 분포 및 코팅된 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)는 코팅 직후에, 표면장력에 의해 그루브(22)의 형태가 소멸되고 평평해지게 되고, 상기와 같이 고르게 분포된 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)는 이송대(50)에 의해 점차적으로 이송되어 건조기(30)와 소둔로(40)를 거치게 되면서 건조 및 소둔가공된다. 따라서, 각각의 슬러리(Es)(As)(Cs)는 각 슬러리 (Es)(As)(Cs)의 재료와 일치하는 각각의 코팅 층(전해질층, 공기극층, 연료극층)을 형성하게 되고 단위셀(CL)의 제조가 가능한 것이다. 여기서, 상기 전해질슬러리(Es)를 건조하는 건조기(30) 후방에는 커터(35)를 설치하여 소결된 전해질슬러리(Es)가 소정 길이와 폭의 판상을 갖도록 분할하게 된다.Each of the evenly distributed and coated slurry (Es) (As) (Cs) in this manner, after the coating, the shape of the groove 22 is extinguished and flattened by the surface tension, and evenly distributed as described above. Slurry (Es) (As) (Cs) is gradually transferred by the transfer table 50 is passed through the dryer 30 and the annealing furnace 40 is dried and annealing process. Thus, each slurry (Es) (As) (Cs) forms a respective coating layer (electrolyte layer, cathode layer, anode layer) matching the material of each slurry (Es) (As) (Cs) and unit The cell CL can be manufactured. Here, the cutter 35 is installed at the rear of the dryer 30 for drying the electrolyte slurry Es so that the sintered electrolyte slurry Es has a plate shape having a predetermined length and width.

한편, 아래에 작성된 표 1은 여러 가지 그루브(22) 형태를 갖는 코터롤러 (20)를 이용하여 피막형성한 코팅층 각각의 일실시예로, 코팅층의 두께와 미코팅 줄무늬 개수 및 피막박리성을 조사하여 그 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 상기한 피막박리성은 30㎜ 지름의 원통형 시험기를 사용하여 굽힘시험을 하였을 때 코팅층의 총면적에 대한 박리발생면적비로 평가한 것이다.On the other hand, Table 1 prepared below is an embodiment of each coating layer formed using a coater roller 20 having a variety of grooves 22, the thickness of the coating layer and the number of uncoated stripes and film peeling The results are shown. Here, the film peelability is evaluated by the peeling area ratio of the total area of the coating layer when the bending test is carried out using a 30 mm diameter cylindrical tester.

이와 같이 제조된 상기 코팅층은 전해질층 표면에 공기극슬러리(As)를 코팅한 후, 대략 200℃의 온도에서 2시간 가량 건조시킨 것을 대략 1200℃의 온도에서 4시간 가량 고온균열 시킨 후에 소결 형성한 공기극층을 조사한 것이다.The coating layer thus prepared is coated with cathode slurry (As) on the surface of the electrolyte layer, and then dried for about 2 hours at a temperature of about 200 ° C., followed by high temperature cracking for about 4 hours at a temperature of about 1200 ° C., followed by sintering. Investigate the layers.

실시예 No.Example No. 그루브 형태Groove shape 피막특성Film characteristics 산형태Mountain 골형태Bone pattern 산의수 (개/inch)Mount number (pcs / inch) 산각도 (°)Angle of View (°) 골깊이 (mm)Bone depth (mm) 코팅층 두께 (㎛)Coating layer thickness (㎛) 미코팅 줄무늬 개수Uncoated Stripes 피막 박리성(%)Film Peelability (%) 비교예 1Comparative Example 1 삼각형triangle 삼각형triangle 2222 9090 0.5780.578 7.27.2 00 6060 비교예 2Comparative Example 2 삼각형triangle 삼각형triangle 2222 100100 0.4850.485 5.765.76 33 7070 비교예 3Comparative Example 3 삼각형triangle 삼각형triangle 2828 9090 0.4540.454 5.255.25 44 7070 비교예 4Comparative Example 4 삼각형triangle 삼각형triangle 2828 105105 0.3480.348 4.254.25 44 8080 비교예 5Comparative Example 5 삼각형triangle 삼각형triangle 2828 140140 0.1650.165 3.253.25 77 8080 비교예 6Comparative Example 6 삼각형triangle 삼각형triangle 2828 9090 0.4540.454 5.255.25 44 2020 비교예 7Comparative Example 7 사다리꼴Trapezoid 삼각형triangle 2828 105105 0.2380.238 3.03.0 33 3030 비교예 8Comparative Example 8 삼각형triangle 삼각형triangle 2828 9090 0.4540.454 5.255.25 33 2020 발명예 1Inventive Example 1 삼각형triangle 삼각형triangle 2828 9090 0.4540.454 5.255.25 1One 00 발명예 2Inventive Example 2 사다리꼴Trapezoid 삼각형triangle 2222 100100 0.4850.485 4.254.25 00 00 발명예 3Inventive Example 3 사다리꼴Trapezoid 삼각형triangle 2828 9090 0.30.3 3.253.25 00 00 발명예 4Inventive Example 4 사다리꼴Trapezoid 삼각형triangle 3030 9090 0.340.34 4.524.52 00 00 발명예 5Inventive Example 5 사다리꼴Trapezoid 삼각형triangle 3535 9090 0.260.26 3.23.2 00 00

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예1~8의 그루브(22) 형태로 산과 골을 형성하는 경우에는 코팅층과 그루브(22)가 접촉되는 면적이 최소화 되어 표면장력의 분산이 불가능하므로, 과도한 장력에 의해 코팅층에 줄무늬가 발생할 수 있게 된다. 그러나, 본 발명예의 그루브(22) 형태와 같이 산의 형상을 사다리꼴로 형성하는 경우, 코팅층과의 접촉하는 면적을 적절히 조절하여 표면장력을 분산함으로써, 코팅층에 줄무늬가 발생하는 것을 억제할 수 있는 것이다.As shown in Table 1, when the acid and the valleys are formed in the grooves 22 in Comparative Examples 1 to 8, the area in which the coating layer and the grooves 22 are in contact is minimized, so that the surface tension cannot be dispersed, and thus excessive tension is obtained. By the stripes can be generated in the coating layer. However, when the acid is trapezoidally formed as in the groove 22 of the present invention, streaks can be suppressed from occurring in the coating layer by appropriately adjusting the area in contact with the coating layer to disperse the surface tension. .

따라서, 코팅층의 우수한 피막특성을 확보할 수 있어 피막박리를 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 단위셀(CL)의 외관품질도 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, it is possible to ensure excellent coating properties of the coating layer can not only prevent the film peeling, but also improve the appearance quality of the final unit cell (CL).

더욱이, 본 발명의 고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러는 상기 코터롤러 (20) 외주면에 특정한 수치를 갖는 그루브(22)를 적절하게 형성하여 각각의 해당 슬러리(Es)(As)(Cs)를 일정한 양으로 분포 및 코팅하므로, 전해질층 및 전극층의 두께를 각각 일정하게 피막 형성할 수 있고, 균열과 같은 소결결함을 방지할 수 있으며, 이에 따라 우수한 전기적 특성을 갖는 연료전지를 제조할 수 있는 것이다.Furthermore, the coater roller for producing a solid oxide fuel cell of the present invention appropriately forms the grooves 22 having a specific value on the outer circumferential surface of the coater roller 20 so that a corresponding amount of each slurry (Es) (As) (Cs) is constant. Because of the distribution and coating, the thickness of the electrolyte layer and the electrode layer can be uniformly formed, respectively, it is possible to prevent sintering defects such as cracks, thereby manufacturing a fuel cell having excellent electrical properties.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.On the other hand, the present invention has been described in detail only with respect to the specific examples described above it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims. .

이상에서와 같이 본 발명은, 그루브의 산과 골의 형상을 적절히 형성하여 표면장력을 골고루 분산하는 것이 가능하므로, 과도한 표면장력에 의한 줄무늬의 발 생을 억제할 수 있는 효과가 있고 이에 따라, 코팅층의 우수한 피막특성을 확보할 수 있어 피막박리를 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 단위셀의 외관품질도 향상시킬 수 있는 효과도 있다.As described above, the present invention is capable of properly dispersing the surface tension by properly forming the grooves and valleys of the grooves, and thus has an effect of suppressing the occurrence of streaks caused by excessive surface tension, thereby providing a coating layer. It is possible to secure the excellent film properties to prevent film peeling, and also to improve the appearance quality of the final unit cell.

더욱이, 코터롤러 외주면에 특정한 수치를 갖는 그루브를 적절하게 형성하여 각각의 해당 슬러리를 일정한 양으로 분포 및 코팅하게 되므로, 전해질 및 전극의 코팅층의 두께를 각각 일정하게 형성할 수 있고, 균열과 같은 소결결함을 방지할 수 있으며, 이에 따라 우수한 전기적 특성을 갖는 연료전지를 제조할 수 있는 효과도 있는 것이다.Moreover, since grooves having a specific value are appropriately formed on the outer circumferential surface of the coater roller to distribute and coat each corresponding slurry in a certain amount, the thicknesses of the coating layers of the electrolyte and the electrode can be uniformly formed, and cracks are sintered. Defects can be prevented, and accordingly, there is an effect of manufacturing a fuel cell having excellent electrical characteristics.

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 해당되는 슬러리를 공급하는 다수의 공급관과 상기 다수의 공급관 후방에 설치되어 슬러리를 코팅하는 다수의 코팅장치부와 상기 다수의 코팅장치부 후방에 설치되어 슬러리를 건조 및 소둔 가공하는 다수의 건조기 및 소둔로를 포함하여 고체산화물 연료전지 제조장치를 구성하되, 상기 다수의 코팅장치부 각각은 코터롤러를 회전 가능하게 설치하고, 상기 코터롤러의 외주면에는 상기 다수의 슬러리 각각을 고르게 분포 및 코팅하기 위해 원주방향으로 그루브를 연속하여 다수 형성한 것에 있어서,A plurality of supply pipes for supplying a corresponding slurry and a plurality of coating apparatus units installed behind the plurality of supply tubes to coat the slurry and a plurality of dryers and annealing units installed behind the plurality of coating apparatus units for drying and annealing the slurry Comprising a solid oxide fuel cell manufacturing apparatus including a furnace, wherein each of the plurality of coating device portion is rotatably installed a coater roller, the outer peripheral surface of the coater roller to distribute and coat each of the plurality of slurry evenly In the case where a plurality of grooves are formed continuously in the direction, 상기 그루브(22)는 산의 형태는 사다리꼴 형상으로 형성하고, 골의 형태는 삼각형 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러.The groove 22 is a coater roller for producing a solid oxide fuel cell, characterized in that the acid is formed in a trapezoidal shape, the valley is formed in a triangular shape. 제 3항에 있어서, 상기 그루브(22)는 전해질슬러리(Es)에 사용되는 코터롤러(20)의 경우, 골의 깊이(h)를 3~30㎜로 형성하고, 골의 단면적을 40~250㎟/inch로 형성한 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러.According to claim 3, wherein the groove 22 is a coater roller 20 used for the electrolyte slurry (Es), the depth of the bone (h) is formed to 3 ~ 30mm, the cross-sectional area of the bone 40 ~ 250 Coater roller for producing a solid oxide fuel cell, characterized in that formed in mm2 / inch. 제 3항에 있어서, 상기 그루브(22)는 공기극슬러리(As)와 연료극슬러리(Cs)에 사용되는 코터롤러(20)의 경우, 골의 깊이(h)를 0.1~2㎜로 형성하고, 골의 단면적을 1~10㎟/inch로 형성한 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 제조용 코터롤러.According to claim 3, wherein the groove 22 is a coater roller 20 used for the cathode slurry (As) and the anode slurry (Cs), the depth of the bone (h) is formed to 0.1 ~ 2mm, Coater roller for producing a solid oxide fuel cell, characterized in that the cross-sectional area of 1 ~ 10mm2 / inch.
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