KR100639425B1 - 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의애노드 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염 연료전지의 애노드 제조 방법이 제공된다. 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법은 (a) 니켈 분말, 알루미늄 아세테이트, 용매를 혼합하여 원료분말을 제조하는 단계, (b) 원료 분말을 볼밀링 해주는 단계, (c) 볼밀링된 원료분말에 분산제, 결합제, 가소제 및 탈포제를 첨가하고 다시 볼밀링 해주어 슬러리를 제조하는 단계, (d) 슬러리를 테이프 캐스팅 및 건조공정을 통하여 그린시트는 제조하는 단계, 및 (e) 그린시트를 소결하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의한 용융탄산염 연료전지의 애노드 제조 방법은 기본 물질인 Ni에 알루미늄염을 첨가하여 애노드를 제조함으로써 알루미늄 산화물에 의한 분산 강화에 의해 높은 크리프 저항성을 갖게 된다.
용융탄산염형 연료전지(MCFC), 애노드, 알루미늄 아세테이트, 크리프, 분산 강화

Description

높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법{Method for fabricating anode with high creep resistance for molten carbonate fuel cell}
도 1은 연료전지의 발전원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 현재 사용되고 있는 Ni과 Ni-Al 합금을 사용하여 용융탄산염형 연료전지의 애노드를 제조하기 위한 공정흐름도이다.
도 3은 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 Ni-Al계 애노드에 대한 XRD(X-Ray Diffraction) 분석결과이다.
도 4는 도 2의 제조방법에 의해 제조된 Ni-Al계 애노드에 대한 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 Ni-Al계 애노드에 대한 크리프 실험 결과이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 용융탄산염형 연료전지용 애노드의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 7은 상기 실시 예에 의해 제조된 애노드 전극 시편을 XRD(X-Ray Diffraction) 분석한 결과를 나타내는 것이다.
도 8은 상기 실시예에 의해 제조된 애노드 전극 시편에 대한 주자전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 의해 제작된 용융탄산염형 연료전지의 애노드에 대해 크리프(creep) 실험 결과이다.
본 발명은 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄염을 이용하여 분산 및 고용강화되어 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)란 수소(H2)와 산소(O2)가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 애노드(anode)와 캐소드(cathode)에 각각 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 새로운 발전 기술이다.
이러한 연료전지는 총 효율을 80% 이상으로 높이는 고효율 발전이 가능하며, 또한 NOx나 CO2의 배출량이 거의 없고 소음도 매우 적어 공해 배출 요인이 거의 없는 무공해 에너지 기술로서 차세대 에너지 변화장치로 각광받고 있다.
도 1은 연료전지의 발전원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 연료전지는 수소공급부(100)와 산소공급부(140)사이에 애노드(110)와 캐소드(130) 및 전해질(120)이 적층(stacking)되어 있는 구조로 되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이 수소(H2)는 수소공급부(100)에서 애노드(연료극이라고도 함; 110)를 통해서 공급되고, 산소(O2)와 이산화탄소(CO2)는 산소공급부(140)에서 캐소드(공기극이라고도 함; 130)를 통해서 공급된다.
수소공급부(100)에서 공급된 수소는 애노드(110)로 공급되고, 애노드(110)에서 수소는 캐소드(130)에서 생성되어 전해질(120)을 통해 전달된 탄산이온(CO3 2-)과 반응하여 물, 이산화탄소 및 전자(e-)를 생성한다.(반응식: 2H2 + 2CO3 2- → 2H2O + 2CO2 + 4e-)
이때, 생성된 전자는 다시 외부도선(150)을 따라 캐소드(130)로 이동하게 되고, 캐소드(130)에서는 산소공급부(140)를 통해 공급된 산소(O2)와 이산화탄소(CO2)가 이동된 전자(e-)와 반응하여 탄산이온(CO3 2-)을 생성한다.(반응식: O2 + 2CO2 +4e- → 2CO3 2 -)
이때 일어난 전자(e-)의 흐름으로 인해 전류(current)가 생성되고, 발열반응(exothermic)인 물(H2O) 생성 반응에서 열(heat)도 부수적으로 발생하게 된다. 이렇게 생성된 전류는 직류 전류로서 직류 전동기의 전력으로 사용되거나 전력변환기(DC/AC invertor)를 통해 교류로 바꾸어 사용하기도 한다. 또한, 연료전지 반응에서 생성되는 부가적인 열은 난방용으로 사용될 수도 있다.
이러한 연료전지는 내부 전해질의 종류에 따라 인산형(PAFC), 알칼리형(AFC), 고분자전해질형(PEMFC), 용융탄산염형(MCFC), 고체산화물형(SOFC), 직접메탄올형(DMFC)으로 나눌 수 있는데, 이들 각 연료전지들은 근본적으로는 같은 원리에 의해서 작동되지만 연료의 종류, 운전온도, 촉매 및 전해질에서 차이가 난다.
이 중, 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)는 전해질로서 Lithium carbonate와 Potassium carbonate를 62 : 48 비율로 사용하여 약 650℃에서 작동하는 연료전지이다.
용융탄산염형 연료전지는 고온에서 작동하고 구성 요소간의 접촉저항(contact resistance)을 감소시키기 위해 보통 가압조건에서 조업하므로 장시간 운전시 다공성(porous) 전극의 두께가 감소되는 이른바 크리프(Creep) 현상이 발생하게 된다.
연료전지의 운전 중에 과도한 크리프가 발생하게 되면 전극반응이 일어나는 전극의 기공구조를 변형시킬 뿐만 아니라 전극과 전해질의 접촉을 불량하게 하여 연료가스의 누출을 유발할 수 있어 크리프 저항이 우수한 애노드의 개발이 시급하 다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에 Ni-10%Cr 합금(alloy)을 이용하여 소결문제와 크리프를 어느 정도(10%) 개선하였으나 이 전극은 장시간 운전 시 Cr이 전해질과 반응하여 LiCrO2를 생성하여 미세기공을 형성함으로 인해 전해질 소모 및 재분배 문제점을 야기하였다. 이와 같은 이유로 Ni-Al계 애노드 개발이 필요하게 되었다.
도 2는 현재 사용되고 있는 Ni과 Ni-Al 합금을 사용하여 용융탄산염형 연료전지의 애노드를 제조하기 위한 공정흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 Ni-Al계 애노드를 제조하기 위해서는 먼저, pack cementation process라는 공정 등을 통하여 Ni-Al 합금(alloy)분말을 제조한다(S110).
그 후, 용매에 순수한 Ni(INCO #255)와 Ni-Al 합금 분말을 첨가하고 볼밀링(ball milling) 해준다(S120).
다음으로, 용매와 혼합되어 볼밀링 된 Ni-Al 합금분말, Ni 분말에 결합제 (binder), 분산제(dispersant), 가소제(plasticizer) 및 탈포제(defoamer)를 첨가한 후 다시 볼밀링 해준다(S130).
그 후, 탈포 공정을 통해(S140),기포가 제거된 슬러리(slurry)를 닥터 블레이드를 이용하여 테이프 캐스팅(tape casting; S150) 및 건조단계를 거쳐 그린시트(green sheet)를 제조(S160)한 후 최종적으로 소결(sintering; S170)을 거치게 되 면 애노드가 완성된다.
도 3은 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 Ni-Al 애노드에 대한 XRD 분석결과이다.
도 3에 나타난 바와 같이 도 2의 방법에 의해 제조된 Ni-Al 애노드의 피크(peak)가 순수 Ni의 피크보다 저각으로 이동(shift)되어 있는 점으로 미루어 볼 때 Ni과 Al은 고용체(solid solution)을 이루고 있음을 알 수 있다.
다만, 소결 시 형성되는 알루미늄 산화물(Al2O3)에 대한 XRD 피크는 존재하지 않으나, EDS를 통해 분석해본 결과 극히 미량이지만 알루미늄 산화물이 존재하고 있음을 알 수 있었다.
도 4는 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 애노드의 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 4를 참조하면, Ni이 서로 이어져 네트워크를 이루고 있는 부분과 Ni-Al 합금 주위에 산화물 입자가 형성되어 있는 부분으로 나누어져 있음을 볼 수 있다.
도 5는 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 Ni-Al계 애노드에 대한 크리프 실험 결과이다.
이때 사용된 애노드는 약 57%의 기공률을 가지고 있으며, 크리프 실험은 수소(H2) 분위기 하에서 단위면적당 100 psi(약 7 kg/cm2)의 압력을 100시간 동안 가한 후 전극시편의 두께 변화(creep strain)를 측정한 것이다.
그 결과 도 5에 나타난 바와 같이 100시간 경과 후에 약 5.8%의 두께변화율(creep strain)을 나타내고 있음을 알 수 있다. 순수한 Ni로 된 애노드의 두께변화율이 약 40%정도라는 점을 감안할 때 5.8%라는 수치는 매우 향상된 것이나, 실제 용융탄산염형 연료전지가 실용화되기엔 아직 미미한 수준의 것으로 5.8%의 두께 변화가 생긴 이유는 Ni에 고용된 Al 및 소결 시 형성된 알루미늄 산화물(Al2O3)의 양이 적어 적절한 고용 및 분산 강화 효과를 나타내지 못했기 때문이라고 판단된다.
따라서, 연료전지의 실용화를 위해 애노드의 크리프 저항성(creep resistance)이 보다 우수하고 간단한 공정으로 제조할 수 있는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법에 대한 연구가 필요하다.
또한, 도 2에 의한 종래의 Ni-Al계 애노드를 제조하기 위해서는 pack cemetation process 등을 통한 Ni-Al 합금을 제조하는 공정이 필요한데, 실제 이 공정을 통해 Ni-Al 합금을 제조하는 것은 매우 어려워 대개 고가의 Ni-Al 합금분말을 구매하여 사용한다.
따라서, 새로운 방법의 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법에 대한 연구에 있어서 Ni-Al 분말을 사용하지 않고도 동일한 효과를 얻을 수 있는 방법 또한 함께 고려되면 더욱 바람직할 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단하게 제조할 수 있으면서도 크 리프 저항성이 우수하고 또한 고가의 Ni-Al합금 분말을 필요로 하지 않는 용융탄산염형 연료전지용 애노드의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 용융탄산염형 연료전지용 애노드의 제조 방법은 (a) 니켈 분말, 알루미늄 아세테이트, 용매를 혼합하여 원료분말을 제조하는 단계, (b) 원료 분말을 볼밀링 해주는 단계, (c) 볼밀링된 원료분말에 분산제, 결합제, 가소제 및 탈포제를 첨가하고 다시 볼밀링 해주어 슬러리를 제조하는 단계, (d) 슬러리를 테이프 캐스팅 및 건조공정을 통하여 그린시트를 제조하는 단계, 및 (e) 그린시트를 소결하는 단계를 포함한다.
다만, (a) 단계와 (b) 단계는 동시에 일어날 수도 있음을 특징으로 한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지용 애노드의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 6에 나타난 바와 같이 니켈(Ni) 분말과 알루미늄아세테이트(AlOH(CH3COO)2), 및 용매(solvent)를 첨가하여 소정의 시간동안 볼밀링한다(S510).
니켈분말은 순수한 니켈분말, 구체적으로는 상품명 INCO #255을 의미한다.
알루미늄 아세테이트(AlOH(CH3COO)2)는 알루미늄의 소스(source)로서 사용되며, 구체적으로는 Aldrich사의 Aluminium acetate basic을 사용한다. 이때 알루미늄 아세테이트의 양은 Ni 분말의 양에 대해서 상대적인 양을 첨가하는데, Ni 분말 대비 알루미늄 함량이 4~6wt%가 되도록 알루미늄 아세테이트를 첨가한다. 다만, 본 발명에서는 Ni 대비 알루미늄의 양이 5wt%가 되도록 알루미늄 아세테이트를 첨가하였다.
용매(solvent)는 첨가된 분말들이 고르게 혼합되도록 하기 위해 사용되는 것으로 일반적으로 볼밀공정에서 주로 사용되는 용매, 예컨대 알콜류, 물 등이 사용될 수 있다. 다만, 본 발명에서는 용매로서 에탄올(C2H5OH)과 물을 4:1로 혼합하여 사용하였다.
다음으로, 상기의 물질들을 골고루 혼합하여 제조된 원료분말을 소정의 시간 동안 볼밀링(ball milling) 해준다(S520).
다음으로, 상기 볼밀링 후 분산제(dispersant), 결합제(binder), 가소제(plasticizer) 및 탈포제(defoamer)를 첨가하고 다시 볼밀링 해주어 슬러리(slurry)를 만들어 준다(S530).
분산제(dispersant)는 볼밀링(ball milling) 공정에서 통상적으로 사용되는 분산제를 사용하여도 무방하나, 본 발명에서는 분산제로서 BYK 110라는 제품명을 가진 제품을 사용하였다.
결합제는 후에 행해질 테이프 캐스팅 공정에 있어서 원료분말을 잡아주는 역할을 하는 물질로서 통상 사용되는 물질을 사용해도 무방하나, 본 발명에서는 Butvar B72 PVB 라는 제품을 사용하였다.
가소제는 테이프 캐스팅 후에 그린 시트가 연성을 갖도록 하는 것으로 디부틸 프탈레이트(DBP)라는 물질을 사용하였다.
탈포제는 제조되는 슬러리 내에 기포(bubble)를 제거해주기 위해 사용하는 것으로 본 발명에서는 Dappo SN-348이라는 제품을 사용하였다.
다음으로, 제조된 슬러리에 들어 있는 기포를 제거시킨다(S540).
일반적으로, 탈포를 위해서는 진공펌프를 이용하는 방법이 많이 사용되나, 그 외의 다른 방법을 사용하여도 무방하다.
다음으로, 제조되어 탈포 공정을 마친 슬러리를 테이프 캐스팅(tape casting) 시켜 슬러리를 얇게 형성한 후, 건조(drying)시켜 애노드 제작용 그린시트(green sheet)를 제조한다(S550).
테이프 캐스팅이란 닥터 블레이드법이라고도 불리며 슬러리와 같은 점성을 가진 물질을 평평한 면, 예컨대 비닐과 같은 곳에 일정한 두께로 얇게 코팅시켜주는 기술을 말한다.
마지막으로, 그린시트를 일정한 온도에서 일정시간 동안 일정 분위기에서 소결(sintering) 시켜준다(S560).
본 발명에서는 수소(H2) 분위기에서 1100℃의 온도에서 약 2시간 동안 소결해주었다
수소 분위기에서 소결한 이유는 Ni의 산화를 방지하는 동시에 일반 수소에 불순물로 포함된 O2 또는 H2O에 의해 Al이 Al2O3를 형성하게 하기 위함이다.
< 실시예 >
Ni(INCO #255) 95g, Al acetate(Aldrich) 30.03g, 분산제(BYK110) 2g, 용매(에탄올:물=4:1), 1차 볼밀링(4시간), 바인더(PVB B72) 6g, 가소제(DBP) 5g, 탈포제(SN-D348) 1.1g, 2차 볼밀링 6시간, 소결조건: 수소(H2)분위기, 1100℃에서 2시간소결.
도 7은 상기 실시 예에 의해 제조된 애노드 전극 시편을 XRD(X-Ray Diffraction) 분석한 결과를 나타내는 것이다.
도 7에 나타난 바와 같이 상기 실시 예에 의해 제조된 애노드에는 순수니켈(Ni) 피크 뿐만 아니라, 알루미늄 산화물(Al2O3)의 피크도 명확하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 상기 실시 예에 의해 제조된 애노드 전극 시편에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 8에 나타난 바와 같이 Ni 분말들이 연결되어 네트워크를 이루고 있고 그 주위에 작은 크기의 알루미늄 산화물 입자들이 골고루 분산되어 있음을 볼 수 있다.
이를 통해 알루미늄 산화물 입자에 의한 분산강화가 효과적으로 나타날 것으로 예상할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 의해 용융탄산염형 연료전지의 애노드를 제작하였을 경우 크리프 특성이 좋아진다는 사실을 구체적인 실험 예들을 들어 설명한다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 의해 제작된 용융탄산염형 연료전지의 애노드에 대한 크리프 실험 결과이다.
다만, 본 실험 결과는 55~65%의 기공률을 가지는 시편을, 99.9% 수소 분위기 하에서 단위면적당 100 psi(약 7 kg/cm2)의 압력을 가하여 100시간 경과 후 두께 변화를 측정한 것이다.
그 결과 도 9에 나타난 바와 같이 두께 변화율이 약 1.3에% 그치고 있음을 알 수 있다. 이 수치는 순수 니켈을 애노드로 사용했을 경우 약 40%의 두께 변화가 있고, 종래의 방법에 의해 제조된 Ni-Al계 애노드의 경우엔 약 5~6%정도의 두께 변화가 있다는 점을 고려할 때 상대적으로 매우 우수한 결과이며 실제로 용융탄산염형 연료전지를 실용화가 가능한 수치이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 용융탄산염형 연료전지 애노드의 제조 방법에 의하면 다음의 효과가 하나 또는 그 이상 존재한다.
첫째, 고가의 Ni-Al 분말을 사용하지 않고 알루미늄염을 사용함으로써 애노드 제조 단가를 절감할 수 있다.
둘째, 우수한 크리프 특성을 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. Ni과 Al의 원료를 용매, 분산제, 바인더, 가소제 및 탈포제 등과 혼합하여 볼밀링한 후, 탈포, 테이프 캐스팅, 건조 및 소결 단계를 통해 제조되는 Ni-Al 고용체 합금 내에 Al2O3가 분산 강화되어 있는 용융탄산염형 연료전지의 애노드의 제조 방법에 있어서,
    상기 Ni과 Al의 원료는 니켈(Ni) 분말에 알루미늄 아세테이트(AlOH(CH3COO)2)가 소정의 양이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 아세테이트의 양은 니켈 대비 알루미늄 함량이 4~6 wt%가 되도록 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결온도를 1100℃, 소결시간은 2시간으로 하였을 때 55~65%의 기공율 을 가지고, 99.9% 수소 분위기 하에서 단위면적당 100 psi(약 7 kg/cm2)의 압력을 가하여 100시간 경과 후 두께 변화를 측정한 결과 1.2~1.5%의 두께 변화율을 나타내는 것을 특징으로 하는 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법.
  4. (a) 니켈 분말, 알루미늄 아세테이트(AlOH(CH3COO)2, 용매를 혼합하여 원료분말을 제조하는 단계;
    (b) 상기 원료 분말을 볼밀링 해주는 단계;
    (c) 볼밀링된 상기 원료분말에 분산제, 결합제, 가소제 및 탈포제를 첨가하고 다시 볼밀링 해주어 슬러리를 제조하는 단계;
    (d) 상기 슬러리를 테이프 캐스팅 및 건조공정을 통하여 그린시트를 제조하는 단계; 및
    (e) 상기 그린시트를 소결하는 단계를 포함하는 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 알루미늄 아세테이트의 양은 니켈 대비 알루미늄 함량이 4~6 wt%가 되 도록 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 소결온도를 1100℃, 소결시간은 2시간으로 하였을 때 55~65%의 기공율을 가지고, 99.9% 수소 분위기 하에서 단위면적당 100 psi(약 7 kg/cm2)의 압력을 가하여 100시간 경과 후 두께 변화를 측정한 결과 1.2~1.5%의 두께 변화율을 나타내는 것을 특징으로 하는 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 전에 탈포 공정을 더 포함하는 높은 크리프 저항성을 갖는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009084893A2 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd Manufacturing method of porous metal electrode for molten carbonate fuel cells using dry process
KR101044163B1 (ko) 2010-07-19 2011-06-24 두산중공업 주식회사 건식 공정을 이용한 용융탄산염 연료전지용 다공성 금속 전극의 제조방법
KR101254968B1 (ko) * 2008-12-19 2013-04-17 한국전력공사 용융탄산염 연료전지용 음극 제조 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1995, Vol.31, 11-18
2000, Vol.38(4), 534-541

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009084893A2 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd Manufacturing method of porous metal electrode for molten carbonate fuel cells using dry process
WO2009084893A3 (en) * 2007-12-28 2009-09-11 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd Manufacturing method of porous metal electrode for molten carbonate fuel cells using dry process
KR101254968B1 (ko) * 2008-12-19 2013-04-17 한국전력공사 용융탄산염 연료전지용 음극 제조 방법
KR101044163B1 (ko) 2010-07-19 2011-06-24 두산중공업 주식회사 건식 공정을 이용한 용융탄산염 연료전지용 다공성 금속 전극의 제조방법

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