KR100724120B1 - Single chamber solid oxide fuel cell with barrier rib and the fabrication method thereof - Google Patents

Single chamber solid oxide fuel cell with barrier rib and the fabrication method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR100724120B1
KR100724120B1 KR1020060078430A KR20060078430A KR100724120B1 KR 100724120 B1 KR100724120 B1 KR 100724120B1 KR 1020060078430 A KR1020060078430 A KR 1020060078430A KR 20060078430 A KR20060078430 A KR 20060078430A KR 100724120 B1 KR100724120 B1 KR 100724120B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
forming
electrolyte
substrate
trench
Prior art date
Application number
KR1020060078430A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이해원
김은경
손지원
김형철
김혜령
김주선
이종호
송휴섭
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020060078430A priority Critical patent/KR100724120B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100724120B1 publication Critical patent/KR100724120B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1286Fuel cells applied on a support, e.g. miniature fuel cells deposited on silica supports
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

Provided is a single-chamber solid oxide fuel cell, which allows electrodes to be disposed separately to inhibit reactant gases from mixing and to prevent a voltage loss, and realizes a micro fuel cell generating a high voltage and high current. The single-chamber solid oxide fuel cell comprises an anode and a cathode(720,725), both electrodes being disposed on one surface of an electrolyte(715). The single-chamber solid oxide fuel cell further comprises a partition formed on the surface of the electrolyte and interposed between two same or other sorts of electrodes. The anode and the cathode are disposed alternately. Each of the anode and the cathode includes a set of two electrodes having the same polarity. The partition has a height equal to or higher than the heights of the anode and the cathode.

Description

분리장벽을 갖는 단실형 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법{SINGLE CHAMBER SOLID OXIDE FUEL CELL WITH BARRIER RIB AND THE FABRICATION METHOD THEREOF}SINGLE CHAMBER SOLID OXIDE FUEL CELL WITH BARRIER RIB AND THE FABRICATION METHOD THEREOF

도 1은 본 발명의 제 1 실시예로서 양극과 음극 사이에 분리장벽을 배치시킨 B-type SC-SOFC를 구성한 형태를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a configuration of a B-type SC-SOFC having a separation barrier disposed between an anode and a cathode as a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 나타낸 SC-SOFC의 A-A' 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view along the line A-A 'of the SC-SOFC shown in FIG.

도 3은 도 1에 나타낸 SC-SOFC의 제조방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the SC-SOFC shown in FIG.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서 단위셀이 파묻힌 형태의 A-type SC-SOFC를 나타낸 사시도이다.4 is a perspective view illustrating an A-type SC-SOFC in which a unit cell is embedded as a second embodiment of the present invention.

도 5는 도 4에 나타낸 형태의 단위셀들이 전기적으로 연결되는 방법을 나타낸 평면도이다. 5 is a plan view illustrating a method of electrically connecting unit cells of the type shown in FIG. 4.

도 6은 도 4에 나타낸 SC-SOFC의 제조방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing SC-SOFC shown in FIG. 4.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예로서 기공성 기판을 이용한 B-type SC-SOFC를 구성한 형태를 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing the configuration of a B-type SC-SOFC using a porous substrate as a third embodiment of the present invention.

도 8은 도 7에 나타낸 형태의 단위셀들이 전기적으로 연결되는 방법을 나타낸 평면도이다.FIG. 8 is a plan view illustrating a method of electrically connecting unit cells of the type shown in FIG. 7.

도 9는 도 7에 나타낸 SC-SOFC의 제조방법을 나타낸 순서도이다. FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing SC-SOFC shown in FIG. 7.

도 10은 본 발명의 제 4 실시예로서 에어갭(air gap)을 이용한 A-type SC-SOFC를 구성한 형태를 나타낸 단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an A-type SC-SOFC using an air gap as a fourth embodiment of the present invention.

도 11은 도 10에 나타낸 형태의 단위셀들이 전기적으로 연결되는 일 방법을 나타낸 평면도이다. FIG. 11 is a plan view illustrating a method of electrically connecting unit cells of the type shown in FIG. 10.

도 12는 도 10에 나타낸 SC-SOFC의 제조방법을 나타낸 순서도이다. FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing SC-SOFC shown in FIG. 10.

도 13은 도 10에 나타낸 형태의 단위셀들이 전기적으로 연결되는 다른 방법을 나타낸 평면도이다. FIG. 13 is a plan view illustrating another method of electrically connecting unit cells of the type shown in FIG. 10.

본 발명은 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단실형 작동환경에서 효과적으로 기체상의 혼합을 방지하면서 사용할 수 있는 고체산화물 연료전지와, 이러한 고체산화물 연료전지를 박막공정을 이용하여 구현하는 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a solid oxide fuel cell which can be used while effectively preventing gas phase mixing in a single room operating environment, and to manufacture such a solid oxide fuel cell using a thin film process. It is about a method.

최근 휴대용 전자기기의 발달에 따라 기존의 휴대 전원인 배터리의 한계가 드러나고 있으며, 이에 따라 새로운 소형전원에 대한 관심이 높아져 왔다. 새로운 소형전원의 조건으로는, 높은 출력 밀도, 긴 작동시간 및 수명, 낮은 가격 등이 있고, 연료전지는 이런 조건을 갖춘 대안으로서 고려되어 왔다. Recently, with the development of portable electronic devices, the limitation of the existing portable power source battery has been revealed, and accordingly, interest in the new small power source has increased. The conditions for the new small power supply include high power density, long operating time and long life, and low cost, and fuel cells have been considered as an alternative with these conditions.

연료전지는 기본적으로 전해질과, 음극 및 양극으로 불리는 두 종류의 전극으로 구성되어 있다. 연료전지는 일반적으로 전해질 재료로서 그 종류가 구분되는 데, 이중 고체산화물, 즉 세라믹 재료를 전해질로 사용하는 연료전지를 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell; SOFC)이라 한다. SOFC는 다른 연료전지에 비해서 효율이 높고 다양한 연료를 사용할 수 있는 장점이 있어 관심의 대상이 되어왔으나, 작동온도가 섭씨 800도 이상으로 매우 높아 계면 반응과, 전해질, 전극, 밀봉재 등의 구성요소의 열팽창 부정합 등으로 인한 성능저하가 문제되어 왔다. 특히, 소형전원으로 응용함에 있어서 작동온도의 저하는 매우 중요한 문제이며, 더불어 열 충격에 강한 연료전지 디자인을 연구하는 것이 필요하다.A fuel cell basically consists of an electrolyte and two kinds of electrodes called a cathode and an anode. A fuel cell is generally classified as an electrolyte material. A fuel cell using a solid oxide, that is, a ceramic material as an electrolyte is called a solid oxide fuel cell (SOFC). SOFC has been of interest because of its high efficiency and the use of various fuels compared to other fuel cells, but its operating temperature is more than 800 degrees Celsius, which is very high. Performance degradation due to thermal expansion mismatch and the like has been a problem. In particular, the reduction of the operating temperature is a very important problem in the application of small power supply, and it is necessary to study the fuel cell design that is resistant to thermal shock.

이런 면에서 단실형 고체산화물 연료전지(Single Chamber SOFC; SC-SOFC)는 대안으로서의 가능성을 보여준다. 일반적으로 SOFC는 연료와 산화제가 분리되어 각각 음극과 양극에 공급되는 dual-chamber형태를 취하는데, 단실형의 경우 연료와 산화제가 섞여서 SOFC에 공급되게 된다. 따라서, 밀봉재를 사용할 필요가 없으므로 디자인이 단순해지고, 이에 따라 열 충격 저항성도 향상될 수 있다. 또한, 디자인의 단순성에 의해 집적과 패키징(packaging)과 생산이 보다 용이해진다. In this respect, Single Chamber SOFCs (SC-SOFCs) represent an alternative. In general, SOFC takes the form of dual-chamber in which fuel and oxidant are separated and supplied to cathode and anode, respectively. In single-room type, fuel and oxidant are mixed and supplied to SOFC. Therefore, there is no need to use a sealing material, which simplifies the design and, accordingly, the thermal shock resistance can be improved. In addition, the simplicity of the design makes integration, packaging and production easier.

SC-SOFC는 크게 두 가지 형태로 나뉜다. 하나는 A-type으로서 전해질이 양극과 음극 사이에 위치하는 전형적인 SOFC의 구조를 갖고 있다. 다른 하나는 B-type으로서 양극과 음극이 전해질의 한 면 위에 동시에 위치하는 형태를 하고 있다. 두 형태 모두 작동원리는 동일하다. 음극에서 탄화수소계 연료의 선택적인 개질이 일어나 부분 산화를 통해 수소와 일산화탄소를 발생시키고, 생산된 수소와 일산화탄소가 산화된다. 양극에서는 산소의 환원이 이루어지며, 이에 따라 음극과 양극 사이에 산소분압의 차이가 발생하여 개방전압을 발생시키며, 외부회로를 전지에 연결 하여 전기를 얻어낸다. SC-SOFC is divided into two types. One is the A-type, which has a typical SOFC structure in which the electrolyte is located between the positive and negative electrodes. The other is the B-type, in which the positive electrode and the negative electrode are simultaneously positioned on one side of the electrolyte. The principle of operation is the same for both types. Selective reforming of the hydrocarbon-based fuel occurs at the cathode to produce hydrogen and carbon monoxide through partial oxidation, and the hydrogen and carbon monoxide produced are oxidized. Oxygen is reduced in the positive electrode, and thus a difference in oxygen partial pressure occurs between the negative electrode and the positive electrode to generate an open voltage, and an external circuit is connected to a battery to obtain electricity.

하지만, SC-SOFC의 경우, 연료, 산화제, 생성물 등을 포함한 기체상의 혼합과, 음극에서 연료의 직접 산화에 의한 기체 분율의 변화 등으로 인해 양쪽 전극 사이의 산소분압 차이가 줄어들 수 있고, 따라서 개방회로 전압(open circuit voltage; OCV)의 저하가 일어나 전지 성능이 저하된다(참조: S. Ahn et al. Electrochemical and Solid-State Letter, vol. 9, no. 5, pp A228-231). 따라서, SC-SOFC의 셀 성능 저하를 막기 위해서는 두 전극에서의 산소분압 차이를 유지하기 위해 기체상의 혼합을 방지하는 것이 중요하다. However, in the case of SC-SOFC, the difference in oxygen partial pressure between the two electrodes can be reduced due to gas phase mixing including fuel, oxidant, product, etc., and gas fraction change due to direct oxidation of fuel at the cathode, thus opening A decrease in open circuit voltage (OCV) results in cell performance (see S. Ahn et al. Electrochemical and Solid-State Letter, vol. 9, no. 5, pp A228-231). Therefore, in order to prevent cell performance degradation of SC-SOFC, it is important to prevent gas phase mixing to maintain the oxygen partial pressure difference at the two electrodes.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기체상의 혼합을 방지하기 위해 양극과 음극이 효과적으로 분리 배치된 구조를 갖는 단실형 고체산화물 연료전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a single solid oxide fuel cell having a structure in which an anode and a cathode are effectively disposed to prevent gas phase mixing.

또한, 박막 공정을 사용함으로써 작동온도의 저하와 함께 집적비용 및 생산비용을 줄이는 데 그 목적이 있다. In addition, the use of a thin film process is aimed at reducing the integration cost and the production cost together with the lowering of the operating temperature.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지는, Single chamber solid oxide fuel cell according to the first aspect of the present invention for achieving the above object,

전해질의 일면에 애노드 전극과 캐쏘드 전극이 함께 배치된 타입으로서, 상기 전해질의 상기 일면에 형성되고, 동종 또는 이종의 두 전극 사이에 위치하는 분리장벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.An anode electrode and a cathode electrode are disposed together on one surface of the electrolyte, and are formed on the one surface of the electrolyte, and include a separation barrier positioned between two electrodes of the same or different type.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지는, In addition, the single-solid-type solid oxide fuel cell according to the second aspect of the present invention for achieving the above object,

상면에 트렌치(trench)가 형성된 기판; 상기 트렌치의 중앙부에 위치하는 전해질; 상기 트렌치 내에 위치하며, 상기 전해질을 기준으로 좌·우로 분리 배치된 서로 다른 두 전극; 및 적어도 상기 전해질 위에 형성된 분리장벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.A substrate having a trench formed on the top surface thereof; An electrolyte located at the center of the trench; Two different electrodes disposed in the trench and disposed separately from the left and right sides of the electrolyte; And a separation barrier formed over at least the electrolyte.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지는, In addition, the single-solid-type solid oxide fuel cell according to the third aspect of the present invention for achieving the above object,

기판; 상기 기판 위에 서로 이격되도록 배치된 서로 다른 두 전극; 및 상기 두 전극 사이 및 상기 두 전극 위에 형성된 전해질;을 포함하며, 상기 기판 중 적어도 상기 전극의 하부는 기공 구조이거나, 혹은 상기 기판 중 상기 전극의 하면과 접촉한 부분은 적어도 일부 제거되어 있는 것을 특징으로 한다.Board; Two different electrodes disposed to be spaced apart from each other on the substrate; And an electrolyte formed between the two electrodes and on the two electrodes, wherein at least a lower portion of the electrode of the substrate has a pore structure, or at least part of the substrate in contact with the bottom surface of the electrode is removed. It is done.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지는, In addition, the single-solid-type solid oxide fuel cell according to the fourth aspect of the present invention for achieving the above object,

기판, 유전체, 제 1 전극, 전해질, 제 2 전극이 아래부터 순차적으로 적층된 구조를 포함하며, 상기 유전체 중 상기 제 1 전극과 접촉하는 일부분이 제거되어 에어갭(air gap)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.A structure in which a substrate, a dielectric, a first electrode, an electrolyte, and a second electrode are sequentially stacked from below, and a portion of the dielectric in contact with the first electrode is removed to form an air gap. It features.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 5 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법은, In addition, a method for manufacturing a single solid oxide fuel cell according to a fifth aspect of the present invention for achieving the above object,

전해질층 위에 분리장벽 재료층을 형성하는 단계; 상기 분리장벽 재료층을 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 분리장벽을 형성하는 단계; 상기 분리장벽의 일 측에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 분리장벽의 상기 일 측의 반대 측에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming a separation barrier material layer over the electrolyte layer; Forming a separation barrier by patterning the separation barrier material layer using a photoresist; Forming a first electrode on one side of the separation barrier; And forming a second electrode on an opposite side of the one side of the separation barrier.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 6 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법은,In addition, a method for manufacturing a single solid oxide fuel cell according to a sixth aspect of the present invention for achieving the above object,

전해질층 위에 포토리지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토리지스트층를 패터닝하여 트렌치(trench)를 형성하는 단계; 상기 트렌치에 분리장벽 재료를 증착하여 분리장벽을 형성하는 단계; 상기 포토리지스트층을 제거하는 단계; 상기 분리장벽의 일 측에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 분리장벽의 상기 일 측의 반대 측에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming a photoresist layer on the electrolyte layer; Patterning the photoresist layer to form a trench; Depositing a separation barrier material in the trench to form a separation barrier; Removing the photoresist layer; Forming a first electrode on one side of the separation barrier; And forming a second electrode on an opposite side of the one side of the separation barrier.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 7 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법은,In addition, a method for manufacturing a single solid oxide fuel cell according to a seventh aspect of the present invention for achieving the above object,

전해질층 위에 분리장벽 재료층을 형성하는 단계; 상기 분리장벽 재료층을 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 제 1 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 1 트렌치에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극과 이격된 위치에 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 제 2 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 2 트렌치에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming a separation barrier material layer over the electrolyte layer; Forming a first trench by patterning the separation barrier material layer using a photoresist; Forming a first electrode in the first trench; Forming a second trench by patterning the photoresist at a position spaced apart from the first electrode; And forming a second electrode in the second trench.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 8 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법은,In addition, a method for manufacturing a single solid oxide fuel cell according to an eighth aspect of the present invention for achieving the above object,

기판의 상면에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내에 제 1 전극-전해질 -제 2 전극을 수평방향으로 나란히 형성하는 단계; 상기 전해질과 상기 제 1 및 제 2 전극 위에 유전체층을 형성하는 단계; 및 상기 유전체층 가운데, 상기 전해질 윗부분은 남겨놓고 상기 제 1 및 제 2 전극 윗부분의 적어도 일부는 오픈(open)하여 상부 기체 통로를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming a trench in the upper surface of the substrate; Forming a first electrode-electrolyte-second electrode in the trench in a horizontal direction; Forming a dielectric layer over the electrolyte and the first and second electrodes; And forming at least a portion of the upper part of the first and second electrodes while the upper part of the dielectric layer is left, to form an upper gas passage.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 9 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법은,In addition, a method for manufacturing a single solid oxide fuel cell according to a ninth aspect of the present invention for achieving the above object,

기판의 적어도 일부를 기공 구조로 형성하는 단계; 상기 기공 구조를 갖는 기판 부분 위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 기공 구조를 갖는 기판 부분 위에, 상기 제 1 전극과 이격되도록 제 2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 두 전극 사이 및 상기 두 전극 위에 전해질을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming at least a portion of the substrate into a pore structure; Forming a first electrode on the substrate portion having the pore structure; Forming a second electrode on the substrate portion having the pore structure so as to be spaced apart from the first electrode; And forming an electrolyte between the two electrodes and on the two electrodes.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 10 측면에 따른 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법은,In addition, a method for manufacturing a single solid oxide fuel cell according to a tenth aspect of the present invention for achieving the above object,

기판 위에 유전체층을 형성하는 단계; 상기 유전체층에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치에 희생물질(sacrificial substance)을 채우는 단계; 상기 유전체층 및 상기 희생물질 위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 위에 전해질층을 형성하는 단계; 및 상기 전해질층 위에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제 1 전극의 열처리나 그 이후의 열처리를 통해 상기 희생물질을 열 분해시켜 에어갭(air gap)을 형성하는 것을 특징으로 한다.Forming a dielectric layer over the substrate; Forming a trench in the dielectric layer; Filling a sacrificial substance in the trench; Forming a first electrode on the dielectric layer and the sacrificial material; Forming an electrolyte layer on the first electrode; And forming a second electrode on the electrolyte layer, wherein the sacrificial material is thermally decomposed through heat treatment or subsequent heat treatment of the first electrode to form an air gap. .

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 11 측면에 따른 단실형 고체 산화물 연료전지의 제조방법은,In addition, the method for manufacturing a single solid oxide fuel cell according to an eleventh aspect of the present invention for achieving the above object,

기판 위에 희생물질층을 형성하는 단계; 상기 희생물질층을 패터닝하여 소정 간격의 희생물질을 형성하는 단계; 상기 희생물질 사이 및 위에 유전체층을 형성하는 단계; 상기 유전체층을 평탄화하는 단계; 상기 유전체층 및 상기 희생물질 위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 위에 전해질층을 형성하는 단계; 및 상기 전해질층 위에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제 1 전극의 열처리나 그 이후의 열처리를 통해 상기 희생물질을 열 분해시켜 에어갭(air gap)을 형성하는 것을 특징으로 한다.Forming a sacrificial material layer on the substrate; Patterning the sacrificial material layer to form a sacrificial material at a predetermined interval; Forming a dielectric layer between and over said sacrificial material; Planarizing the dielectric layer; Forming a first electrode on the dielectric layer and the sacrificial material; Forming an electrolyte layer on the first electrode; And forming a second electrode on the electrolyte layer, wherein the sacrificial material is thermally decomposed through heat treatment or subsequent heat treatment of the first electrode to form an air gap. .

본 발명에서 제시된 여러 실시예들은 기체상의 상호 혼합을 최소화하기 위한 전극의 분리배치 구조와 박막공정을 이용한 SOFC 제조방법을 나타낸다. 아래 실시예들에서는 단실형 환경에서 작동하는 SOFC에 관하여 설명하였지만, 일반적인 SOFC에 대해서도 적용가능할 것이다. Various embodiments presented in the present invention represent a SOFC manufacturing method using a thin film process and a separate arrangement structure of the electrode to minimize the mutual mixing of the gas phase. Although the following embodiments have been described with respect to SOFCs operating in a single room environment, they may also be applicable to general SOFCs.

본 발명에서 지지체로서 사용할 수 있는 기판으로는 비절연체(Electronic conducting materials), 절연체(Electronic non-conducting materials), 반도체(semi-conducting materials), 산소 이온 전도체(Oxygen ion conducting materials), 프로톤 전도체(Proton conducting materials) 등을 포괄하는 범주에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 예컨대, 기판으로 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy), 알루미늄 산화물(AlxOy), 마그네슘 산화물(MgxOy), 티타늄 산화물(TixOy), 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate), 비스무스계 산화물, 또는 상기 재료들의 여러 도핑(doping)상 등을 포괄하는 범주에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.Substrates that can be used as a support in the present invention include an electronic insulator, an electronic non-conducting material, a semi-conducting material, an oxygen ion conducting material, and a proton conductor. Any one selected from a category covering conducting materials, etc. may be used. For example, the substrate may be silicon (Si), silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (Si x N y ), aluminum oxide (Al x O y ), magnesium oxide (Mg x O y ), titanium oxide (Ti x O y). ), Zirconium oxide (Zr x O y ), cerium oxide (Ce x O y ), lanthanum galate, barium cerate, barium zirconate, bismuth oxide, or Any one selected from the category encompassing various doping phases, etc. of the materials can be used.

또한, 지지체로 실리콘(Si) 웨이퍼 등의 반도체성 물질이나 비절연성 물질을 사용하는 경우, 상기 지지체 위에 절연 및 열팽창 버퍼층을 더 포함할 수도 있다. 여기서, 열팽창 버퍼층은 열팽창에 의한 스트레스를 억제하기 위한 버퍼층을 말한다. 예컨대, 절연 및 버퍼층으로는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy), 알루미늄 산화물(AlxOy), 마그네슘 산화물(MgxOy), 티타늄 산화물(TixOy), 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate), 비스무스 계열 산화물, 또는 상기 재료들의 여러 도핑상 등을 포괄하는 범주에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.In addition, when a semiconductor material such as a silicon (Si) wafer or a non-insulating material is used as the support, an insulating and thermal expansion buffer layer may be further included on the support. Here, the thermal expansion buffer layer refers to a buffer layer for suppressing stress due to thermal expansion. For example, the insulating and buffer layers include silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (Si x N y ), aluminum oxide (Al x O y ), magnesium oxide (Mg x O y ), titanium oxide (Ti x O y ), Zirconium Oxide (Zr x O y ), Cerium Oxide (Ce x O y ), Lanthanum Gallate, Barium Cerate, Barium Zirconate, Bismuth-based Oxide, or the Material Any one selected from a category covering various doping phases may be used.

이러한 지지체로서 기판은 반드시 필요한 것은 아니고, 전해질을 적절한 두께 이상으로 제조하여 지지체로서의 역할을 수행하게 할 수도 있다. As such a support, a substrate is not necessarily required, and an electrolyte may be prepared to an appropriate thickness or more to serve as a support.

한편, 본 발명에서 사용되는 양극(캐쏘드 전극, 공기극, 또는 환원극이라고도 함)은 플래티넘(Pt), 금(Au), 은(Ag), 란탄-스트론튬 망간 산화물(LSM), 란탄-스트론튬 철 산화물(LSF), 란탄-스트론튬 코발트 철 산화물(LSCF) 등의 란탄 산화물계 페로브스카이트, 혹은 비스무스-루테늄 산화물 계열 전극 등이 사용될 수 있 다. On the other hand, the positive electrode (also referred to as cathode electrode, air electrode, or reducing electrode) used in the present invention is platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), lanthanum-strontium manganese oxide (LSM), lanthanum-strontium iron Lanthanum oxide-based perovskite such as oxide (LSF), lanthanum-strontium cobalt iron oxide (LSCF), or bismuth-ruthenium oxide-based electrode may be used.

또한, 본 발명에서 사용되는 음극(애노드 전극, 연료극, 또는 산화극이라고도 함)은 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rd) 등의 금속과, 이들의 YSZ, GDC등과의 cermet 복합체, 이 금속들의 합금, 루테늄 산화물 등이 사용될 수 있다. In addition, a cathode (also called an anode electrode, a fuel electrode, or an oxide) used in the present invention is a metal such as nickel (Ni), ruthenium (Ru), palladium (Pd), rhodium (Rd), and these YSZ, GDC Cermet composites, alloys of these metals, ruthenium oxide and the like can be used.

또한, 본 발명에서 사용되는 전해질은 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate), 비스무스 계열 산화물 또는 상기 재료들의 여러 도핑(doping)상과 같은 산소 이온 전도체(Oxygen ion conducting materials), 프로톤 전도체(Proton conducting materials) 등의 이온 전도체를 포괄하는 범주에서 선택하여 사용할 수 있다. In addition, the electrolyte used in the present invention is a zirconium oxide (Zr x O y ), cerium oxide (Ce x O y ), lanthanum galate (Lanthanum Gallate), barium Cerate (barium Cerate), barium zirconate ), Bismuth-based oxides or ionic conductors such as oxygen ion conducting materials such as various doping phases of the above materials, and proton conducting materials.

또한, 본 발명에서 사용되는 분리장벽의 재료는 전해질과 동종 혹은 이종의 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 분리장벽의 재료는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy), 알루미늄 산화물(AlxOy), 마그네슘 산화물(MgxOy), 티타늄 산화물(TixOy), 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate), 비스무스 계열 산화물 또는 상기 재료들의 여러 도핑상 등을 포괄하는 범주에서 선택하여 사용할 수 있다. In addition, the material of the separation barrier used in the present invention may be the same or different materials from the electrolyte. For example, the material of the separation barrier is silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (Si x N y ), aluminum oxide (Al x O y ), magnesium oxide (Mg x O y ), titanium oxide (Ti x O y). ), Zirconium oxide (Zr x O y ), cerium oxide (Ce x O y ), lanthanum galate, barium cerate, barium zirconate, bismuth-based oxide or the Various doping phases of materials can be selected and used.

상기한 기판, 양극, 음극, 전해질, 분리장벽 재료의 형성방법으로는 화학기 상증착법과, 스퍼터링 같은 물리기상증착법과, 솔-젤법, 스프레이법, 스핀-온 방법과 같은 여러가지 박막 증착 방법이 사용될 수 있다. 상기 제시된 모든 재료와 증착 방법은 본 발명에 제시되는 모든 방법에 적용될 수 있고, 본 발명의 내용은 상기 열거한 재료들에 한정되지 않는다.As a method of forming the substrate, the anode, the cathode, the electrolyte, and the separation barrier material, various vapor deposition methods such as chemical vapor deposition, sputtering, physical vapor deposition, and sol-gel, spray, and spin-on methods are used. Can be. All the materials and deposition methods presented above can be applied to all the methods presented in the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the materials listed above.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 단실형 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of a single solid oxide fuel cell and a method for manufacturing the same according to the present invention.

본 발명에서 기체상의 혼합을 방지하는 한 방법은 두 전극 사이에 분리장벽을 배치하는 것으로서, 도 1 내지 도 3에 이를 제시하였다. One method of preventing gas phase mixing in the present invention is to arrange a separation barrier between two electrodes, which is shown in FIGS.

전해질의 일 표면에 두 종류의 전극이 교대로 위치하는 B-type SC-SOFC의 경우, 기체상의 혼합으로 인한 성능저하가 더욱 심각하다. 본 실시예에서는 분리장벽을 두 전극 사이에 배치시킴으로서, 양쪽 전극 사이에서 연료, 산화제, 반응으로 생성되는 기체의 혼합을 저지하여 산소분압 차이를 유지함으로써 전지의 성능을 유지한다. In the case of the B-type SC-SOFC in which two kinds of electrodes are alternately positioned on one surface of the electrolyte, the performance degradation due to gas phase mixing is more severe. In this embodiment, by separating the separation barrier between the two electrodes, the performance of the battery is maintained by preventing the mixing of the fuel, oxidant, gas generated by the reaction between the two electrodes to maintain the oxygen partial pressure difference.

또한, SC-SOFC의 음극과 양극은 배치와 순서를 달리하여 분리장벽을 사이에 두고 여러 가지 조합으로 형성되어 서로 다른 셀 특성을 보여줄 수 있다. 예컨대, '음극-양극-음극-양극'과 같이 서로 다른 전극을 교대로 배치할 수도 있고, 혹은 '음극-양극-양극-음극-음극-양극-양극'과 같이 동일 제 2 전극개를 한 묶음으로 해서 서로 다른 전극 세트(set)를 교대로 배치하여 전극을 구성할 수도 있다.In addition, the cathode and the anode of the SC-SOFC may be formed in various combinations with separation barriers interposed therebetween, in order to show different cell characteristics. For example, different electrodes may be alternately arranged, such as 'cathode-anode-anode-anode', or a bundle of the same second electrode unit such as 'cathode-anode-anode-anode-anode-anode-anode' In this way, different electrode sets may be alternately arranged to form an electrode.

또한, 분리장벽의 모양과 폭과 높이는 시스템 디자인에 따라 조절될 수 있는 데, 기체상의 혼합 방지 역할을 충실히 수행하기 위해 분리장벽의 높이는 음극 및 양극의 높이보다 높거나 같은 것이 바람직하다. In addition, the shape, width and height of the separation barrier can be adjusted according to the system design, the height of the separation barrier is preferably equal to or higher than the height of the cathode and anode in order to faithfully perform the role of preventing gas phase mixing.

도 1은 분리장벽(110)이 양 전극(100, 105) 사이에 위치하는 B-type SC-SOFC의 구조를 나타내고, 도 2는 도 1의 A-A' 단면도가 도시되어 있다. 두 종류의 전극은 각각 200, 205로 표기되었고, 분리장벽은 210으로 표기되었으며, 모두 전해질(215)의 표면 위에 위치한다. 기판의 종류에 따라 절연체 및/또는 버퍼층(225)이 기판(220) 위에 형성될 수도 있다. FIG. 1 shows the structure of a B-type SC-SOFC in which the separation barrier 110 is positioned between the two electrodes 100 and 105, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG. The two types of electrodes are designated 200 and 205, and the separation barrier is designated 210, and both are positioned on the surface of the electrolyte 215. The insulator and / or buffer layer 225 may be formed on the substrate 220 according to the type of substrate.

도 1 및 도 2에 보여진 구조의 형성방법이 도 3에 제시된 순서도에 나타나 있다. The method of forming the structure shown in FIGS. 1 and 2 is shown in the flowchart shown in FIG. 3.

경우에 따라 기판 위에 절연층이 형성되며(300), 그 위에 전해질층이 형성된다(301). 전해질층이 두꺼운 경우 지지체로서의 역할을 수행할 수 있으므로 기판이 불필요할 수도 있다. In some cases, an insulating layer is formed on the substrate (300), and an electrolyte layer is formed thereon (301). If the electrolyte layer is thick, the substrate may be unnecessary because it may serve as a support.

그 다음, 이 전해질층 위에 분리장벽 재료층을 형성한다(305). 분리장벽 재료층의 형성방법은 적합한 박막 증착 기술을 사용할 수 있으며, 분리장벽의 모양과 폭과 높이는 시스템 디자인에 따라 조절될 수 있다. A barrier layer material layer is then formed over this electrolyte layer (305). The method of forming the separation barrier material layer may use a suitable thin film deposition technique, and the shape, width and height of the separation barrier may be adjusted according to the system design.

도 3에서, 분리장벽 재료층을 전극에 비해 먼저 패터닝하는 방법은 305 단계에서부터 표시되어 있다. 분리장벽 재료층은 포토리지스트를 이용하여 패터닝된다. 패터닝은 포토리지스트 스핀-온 코팅, 리소그래피, 포토리지스트 현상(developing), 그리고 분리장벽 재료층을 선택적으로 식각하는 과정으로 구성된다. 이 경우, 포토리지스트 제거과정은 상기 식각과정이 끝난 후 실시한다. 이에 따라, 분리장벽이 형성된다. In FIG. 3, the method of patterning the barrier layer material layer first compared to the electrode is indicated from step 305. The barrier material layer is patterned using a photoresist. Patterning consists of photoresist spin-on coating, lithography, photoresisting, and selective etching of the barrier material layer. In this case, the photoresist removal process is performed after the etching process is finished. As a result, a separation barrier is formed.

또는, 분리장벽을 형성하는 다른 방법으로서, 식각이 아니라 선택적 증착으로 패터닝할 수도 있다. 즉, 전해질층 위에 포토리지스트층을 형성하고, 포토리지스트를 패터닝하여 현상과정이 끝난 후 형성된 트렌치(trench)나 홀(via)에 분리장벽 재료를 증착하며, 그 후 남은 포토리지스트층과 그 상부에 증착된 분리장벽 재료층을 제거함으로써 분리장벽을 패터닝한다.Alternatively, as another method of forming the separation barrier, it may be patterned by selective deposition instead of etching. That is, a photoresist layer is formed on the electrolyte layer, the photoresist is patterned, and a separation barrier material is deposited in trenches or vias formed after the development process is completed. The separation barrier is patterned by removing the separation barrier material layer deposited thereon.

그 다음, 경우에 따라 도 3의 315 단계에서 유전체의 패터닝을 통해 제 1 전극을 형성할 트렌치(trench)를 형성한다. 별도의 트렌치를 형성하지 않고 이전 단계에서 형성된 인접한 분리장벽 사이 공간을 이용할 수도 있다. 여기서, 제 1 전극은 음극 혹은 양극이다.Then, in some cases, in step 315 of FIG. 3, a trench is formed to form the first electrode through patterning of the dielectric. It is also possible to use the space between adjacent separation barriers formed in the previous step without forming a separate trench. Here, the first electrode is a cathode or an anode.

그 다음, 320 단계에서 상기 트렌치 안에 내지 분리장벽의 일 측에 제 1 전극을 증착한 후, 325 단계에서 열처리를 거친다. 이에 따라, 제 1 전극은 기공성 구조로 바뀔 수 있다. 열처리를 위해서 재료에 따라 섭씨 300도에서 1200도의 온도로 열처리를 하며, 경우에 따라 환원분위기를 이용하도록 한다. Next, in step 320, the first electrode is deposited in the trench to one side of the separation barrier, and then heat treatment is performed in step 325. Accordingly, the first electrode can be changed into a porous structure. For heat treatment, heat treatment is performed at a temperature of 300 to 1200 degrees Celsius depending on the material, and in some cases, a reducing atmosphere is used.

그 다음, 제 1 전극의 열처리가 끝난 후 제 2 전극를 위한 트렌치(trench)가 형성이 된다(330). 제 2 전극는 제 1 전극의 반대 전극이다. 335 단계에서 제 2 전극은 트렌치의 내부 내지 분리장벽의 상기 일 측의 반대 측에 증착되며, 이후 기공성의 미세구조를 얻기 위한 열처리를 한다(340). Next, a trench for the second electrode is formed after the heat treatment of the first electrode is completed (330). The second electrode is the opposite electrode of the first electrode. In operation 335, the second electrode is deposited on the opposite side of the inner side of the trench to the side of the separation barrier, and then heat treatment to obtain a porous microstructure (340).

그 다음, 포토리지스트를 이용한 패터닝을 통해 집전체를 형성하여 양 전극에 각각 연결한다(345). 이후 연결선이 개별 단전지의 연결 필요성에 따라 형성될 수 있다. 집전체 및 연결선의 재료로는 금(Au), 플래티넘(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 혹은 루테늄(Ru)과 같은 내산화성 금속 집전체 혹은 높은 전기전도도를 가지는 세라믹-금속 복합소재가 사용될 수 있다. 이러한 집전체 및 연결선을 이용하여 직렬 혹은 병렬 조합으로 전극들을 연결하여 고전압, 고출력 마이크로 전력 소자로 구성이 가능하다. 또한, 산소와 연료 분위기에서 안정할 수 있도록 비금속 재료로 코팅된 금속재료도 사용될 수 있는데, 예로서 구리(Cu)나 알루미늄(Al)이 질화 타이타늄(TiN), 질화 탄탈륨(TaN)과 같은 재료로 싸여져 있는 경우를 들 수 있다. 집전체나 연결선의 증착방법으로는 스퍼터링, 전기도금, 무전해도금(electroless plating), 솔-젤, 스핀-온 공정과 같은 증착 방법을 사용할 수 있다. 상기 제시된 모든 재료와 증착 방법은 본 발명의 모든 경우에 적용될 수 있다. Next, a current collector is formed by patterning using a photoresist and connected to both electrodes, respectively (345). After that, the connecting line may be formed according to the necessity of connecting individual cells. The material of the current collector and the connecting wire is an oxidation-resistant metal current collector such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), nickel (Ni), palladium (Pd), rhodium (Rh), or ruthenium (Ru). Alternatively, a ceramic-metal composite material having high electrical conductivity may be used. By using the current collector and the connection line, the electrodes can be connected in a series or parallel combination to form a high voltage, high power micro power device. In addition, a metal material coated with a nonmetallic material to be stable in an oxygen and fuel atmosphere may be used. For example, copper (Cu) or aluminum (Al) may be a material such as titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN). The case where it is wrapped is mentioned. As a method of depositing a current collector or a connecting line, a deposition method such as sputtering, electroplating, electroless plating, sol-gel, or spin-on process may be used. All the materials and deposition methods presented above can be applied in all cases of the invention.

한편, 도 3에서 상기 공정과 다른 공정으로서 분리장벽이 전극 형성 이후에 패터닝되는 방법이 350 단계부터 기술되어 있다. Meanwhile, in FIG. 3, a method different from the above process in which the separation barrier is patterned after electrode formation is described from step 350.

이 경우, 355 단계에서 제 1 전극의 패터닝과 형성이 시작된다. 분리장벽 재료층을 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 제 1 전극이 형성될 트렌치들이 만들어진다. 포토리지스트의 제거 후에 제 1 전극이 상기 트렌치 안에 형성되고(360), 이어서 열처리를 거친다(365). 제 1 전극이 트렌치 안에 형성되는 방법으로는 두 가지 방법이 있을 수 있다. 첫 번째는, 분리장벽 재료층를 패터닝할 때 식각 마스크로 사용된 포토리지스트를 남겨, 이를 제 1 전극의 선택적 증착에 대한 마스크로 다시 활용하는 것이다. 선택적 증착 후에는 포토리지스트가 제거되면서 그 상부에 증착된 제 1 전극 재료가 같이 제거되어 제 1 전극이 트렌치 안에만 남게 된다. 두 번째 방법은, 식각 마스크로 사용된 포토리지스트를 제거한 후, 제 1 전극 재료를 전체적으로 증착하여 트렌치와 분리장벽 위 표면을 다 덮게 한 후, 이후 CMP공정을 통해 평탄화를 하여 제 1 전극이 트렌치 안을 메꾼 형태가 될 때까지 갈아낸다. 다만, 본 발명의 내용은 상기 두 가지 방법에 한정되지 않는다.In this case, patterning and forming of the first electrode are started in step 355. By trenching the isolation barrier material layer with a photoresist, trenches are formed in which the first electrode is to be formed. After removal of the photoresist, a first electrode is formed 360 in the trench and then subjected to heat treatment 365. There may be two methods for forming the first electrode in the trench. The first is to leave the photoresist used as an etch mask when patterning the isolation barrier material layer and use it again as a mask for selective deposition of the first electrode. After selective deposition, the photoresist is removed and the first electrode material deposited thereon is also removed, leaving only the first electrode in the trench. In the second method, after removing the photoresist used as an etch mask, the first electrode material is entirely deposited to cover both the trench and the separation barrier and then planarized through a CMP process to make the first electrode trench. Change it until you are in the form. However, the content of the present invention is not limited to the above two methods.

그 다음, 제 2 전극를 형성할 트렌치는 370 단계의 패터닝 과정에서 형성된다. 제 1 전극의 경우와 마찬가지로 제 2 전극의 트렌치도 분리장벽 재료층 안에 형성된다. 375 단계에서 트렌치 안에 제 2 전극이 증착되며 380 단계에서 열처리된다. Next, a trench to form the second electrode is formed in the patterning process of step 370. As in the case of the first electrode, the trench of the second electrode is formed in the separation barrier material layer. A second electrode is deposited in the trench in step 375 and heat treated in step 380.

그 다음, 전극과 연결된 집전체는 385 단계에서 분리장벽 재료층을 패터닝하여 트렌치를 형성하고, 이 트렌치에 도전성 물질을 증착함으로써 형성된다. The current collector connected to the electrode is then formed by patterning the barrier material layer in step 385 to form a trench, and depositing a conductive material in the trench.

선행 공정 중 남은 분리장벽층 재료는 그 자체로서 분리장벽으로 이용될 수 있으나, 만약 개별 블록(block)이 분리장벽으로 필요한 경우, 395 단계에서 남은 분리장벽 재료층을 포토리지스트를 이용하여 개별 분리장벽으로 패터닝할 수 있다. The remaining barrier layer material in the preceding process can be used as a separation barrier by itself, but if an individual block is needed as the separation barrier, the separated barrier material layer remaining in step 395 is separately separated using a photoresist. Patterned as a barrier.

본 발명에서 반응기체와 생성기체의 혼합을 막기 위한 다른 방법의 한 예가 도 4 내지 도 6에 제시되어 있다. An example of another method for preventing mixing of the reactant and product gases in the present invention is shown in FIGS. 4 to 6.

이 방법은 연료가스와 산화제의 혼합 가스가 전체 셀 스택에는 동시에 주입되는 단실형이지만, 각각의 전극에 분리된 통로를 형성하여 공급되도록 하는 구조를 채택하고 있다. This method adopts a structure in which a mixed gas of fuel gas and an oxidant is injected into the entire cell stack at the same time, but is formed by supplying a separate passage to each electrode.

구체적으로, 도 4는 각각의 전극(430, 450) 하부에 공기와 연료의 통로(440, 445)가 존재하는 파묻힌(embedded) 형태의 A-type SC-SOFC를 도시하였다. Embedded A-type에서는 양쪽 전극(430, 450)과 전해질(451)이 기판(435)의 내부에 옆으로 나란히 형성되는 형태를 가진다. 산화물이나 질화물 같은 유전체(400)가 전해질과 전극 위에 증착되어 상부의 분리장벽을 형성하게 된다. 유전체는 상부 기체 통로(410, 420)와 집전체(405)를 형성하기 위해 패터닝된다. Specifically, FIG. 4 illustrates an embedded A-type SC-SOFC in which air and fuel passages 440 and 445 exist under each electrode 430 and 450. In the Embedded A-type, both electrodes 430 and 450 and the electrolyte 451 are formed side by side in the substrate 435. Dielectrics 400, such as oxides or nitrides, are deposited on the electrolyte and the electrodes to form an upper isolation barrier. The dielectric is patterned to form the upper gas passages 410 and 420 and the current collector 405.

도 5에 단전지의 직렬연결 방식을 도시하였다. 도 5에는 도 4에 도시된 단전지의 상부 모양과 집전체(525)와 연결선(535)이 도시되어 있다. 여러 개의 단전지가 연결된 SOFC 스택 제작을 위해 개별 단전지(500) 구조는 한 열에 2개 이상 제작될 수 있고, 2개 이상의 여러 열을 제작하여 집적도를 높일 수 있다. 5 illustrates a series connection of single cells. FIG. 5 illustrates an upper shape of the unit cell illustrated in FIG. 4, a current collector 525, and a connection line 535. In order to fabricate an SOFC stack in which several cells are connected, two or more individual unit cells 500 may be manufactured in one row, and two or more rows may be manufactured to increase integration.

도 4와 5에 나타낸 구조의 형성방법을 도 6의 순서도에 나타내었다. 우선 기판 내에 SOFC 구조를 만들기 위해 트렌치(trench)를 형성한다(600). 기판으로서는 실리콘(Si) 등의 재료가 사용될 수 있다. The method of forming the structure shown in FIGS. 4 and 5 is shown in the flowchart of FIG. 6. A trench is first formed 600 to create an SOFC structure in the substrate. As the substrate, a material such as silicon (Si) may be used.

그 다음, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 혹은 silicon oxy-nitride와 같은 절연재료가 트렌치 안의 벽을 덮되 완전히 채우지는 않도록 증착한다(605). An insulating material, such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxy-nitride, is then deposited to cover the walls in the trench but not completely fill it (605).

그 다음, 포토리지스트를 이용한 패터닝을 통해, 전해질이 입혀질 부분을 형성하고 전해질을 증착한다(610, 615). 전해질의 증착 후에, 제 1 전극(양극 또는 음극)이 형성될 부분이 포토리지스트 패터닝을 통해 만들어지고(620), 증착 후 열처리를 통해 제 1 전극이 제작된다(625, 630). 제 1 전극의 제작 후 제 2 전극(제 1 전극의 반대 전극)이 증착, 열처리되어 제작된다 (640, 645). 이와 같이, 전해질 및 두 전극의 증착은, 전해질-제 1 전극-제 2 전극 순으로 이루어질 수도 있지만, 제 1 전극-제 2 전극-전해질 순으로 이루어질 수도 있고, 또는 제 1 전극-전해질-제 2 전극 순으로 이루어질 수도 있다. Next, through patterning using a photoresist, a portion on which the electrolyte is to be coated is formed and the electrolyte is deposited (610 and 615). After deposition of the electrolyte, the portion where the first electrode (anode or cathode) is to be formed is made through photoresist patterning (620), and the first electrode is fabricated through thermal deposition after deposition (625, 630). After fabrication of the first electrode, a second electrode (the electrode opposite to the first electrode) is deposited and heat-treated to be manufactured (640, 645). As such, the deposition of the electrolyte and the two electrodes may be in the order of electrolyte-first electrode-second electrode, but may also be in order of first electrode-second electrode-electrolyte, or the first electrode-electrolyte-second It may be made in order of electrode.

그 다음, 전해질과 전극 위에 유전체가 증착된 후 상부 기체 통로와 집전체를 형성하기 위해 패터닝된다(670, 675). 연결선은 집전체와 동시에, 혹은 후속과정에서 제작될 수 있다. A dielectric is then deposited over the electrolyte and the electrode and then patterned to form the upper gas passageway and current collector (670, 675). The connecting line can be made at the same time as the current collector or in the subsequent process.

그 다음, 공기/연료 통로를 기판의 반대쪽, 즉 집전체가 형성되는 표면의 반대쪽에 형성하기 위해, 기판을 얇게 한 후(680) 각각의 전극의 아래쪽에 하부 기체 통로가 식각과정을 통해 형성된다(685). 하부 기체 통로의 크기는 전극 크기와 비슷하거나, 혹은 기체의 원활한 흐름을 위하여 더 크게 제작될 수 있다. 반면, 전극 구조를 기계적으로 잘 지지하기 위해서 작은 통로가 여러 개 형성될 수도 있다. 또는, 하부 기체 통로를 형성하지 않고, 전극과 전해질 구조의 기계적 강도를 유지하면서 지지하기 위해서 기공성 기판을 이용하는 것이 유리할 수도 있다. 즉, 상기 기판 중 적어도 전극 하부의 기체 통로는 기공 구조로 이루어질 수도 있다. Then, in order to form an air / fuel passage on the opposite side of the substrate, that is, on the opposite side of the surface on which the current collector is formed, the substrate is thinned (680) and then a lower gas passage is formed through the etching process under each electrode. (685). The size of the lower gas passage can be similar to the electrode size or can be made larger for smooth flow of gas. On the other hand, several small passages may be formed to mechanically support the electrode structure. Alternatively, it may be advantageous to use a porous substrate to support and maintain the mechanical strength of the electrode and electrolyte structure without forming a lower gas passage. That is, at least a gas passage below the electrode of the substrate may have a pore structure.

도 7 내지 도 9는 기공성 기판을 이용하여 형성한 B-type SC-SOFC의 예를 나타내었다. 7 to 9 show examples of B-type SC-SOFCs formed using a porous substrate.

전극에 이르는 분리된 기체통로를 이용하는 경우, 전극과 전해질 구조를 기계적 강도를 유지하면서 지지하기 위해서 기공성 기판을 이용하는 것이 유리할 수 있다. 기공성 통로는 전극부분만, 혹은 전체 지지체가 기공 구조일 수 있다. When using separate gas passages leading to the electrodes, it may be advantageous to use a porous substrate to support the electrodes and the electrolyte structure while maintaining mechanical strength. The porous passage may be a pore structure of only the electrode portion or the entire support.

도 7은 기공성 기판을 이용한 SOFC를 도시하였다. 도 1과는 달리 양 전극 (720, 725)이 전해질(715)의 아래쪽에 형성되었다. 또한, 집전체(730)가 전해질(715), 전극(720, 725)의 아랫부분에 형성된다. 7 illustrates an SOFC using a porous substrate. Unlike FIG. 1, both electrodes 720 and 725 are formed below the electrolyte 715. In addition, a current collector 730 is formed at the lower portions of the electrolyte 715 and the electrodes 720 and 725.

기공성 기판을 만드는 한가지 방법은 프리트(frit)을 이용하는 것으로서, 트렌치(740, 750)를 판 후 이를 프리트로 채운다. 프리트는 적절한 재료의 작은 구형 입자를 소결함으로써 얻어지는 기공성 재료이다. 프리트의 증착은 화학기상증착법(CVD)이나 기타 나노입자 증착 방법을 사용하여 이루어질 수 있다. One method of making a porous substrate is to use frit, which is to trench and fill trenches 740 and 750 with frit. Frit is a porous material obtained by sintering small spherical particles of a suitable material. The deposition of frits can be accomplished using chemical vapor deposition (CVD) or other nanoparticle deposition methods.

다른 방법으로서, 예컨대 기판이 실리콘인 경우, 기공성 실리콘을 제작하는 방법을 사용하여 기공성 기판을 제작할 수 있다. 기공성 실리콘은 상호 연결된 실리콘 매트릭스(matrix) 안에 기체통로가 연결되어 있는 구조를 가진다. 실리콘 기판을 불산(HF) 기반 용액에서 전기화학적으로 식각을 하는 것이 가장 흔한 제조방법이며, 기공의 크기는 제조방법과 실리콘 기판의 특성에 따라 수 나노에서 수 마이크론으로 변화할 수 있다. As another method, for example, when the substrate is silicon, the porous substrate can be manufactured by using a method of manufacturing the porous silicon. The porous silicon has a structure in which gas passages are connected in an interconnected silicon matrix. Electrochemical etching of a silicon substrate in a hydrofluoric acid (HF) -based solution is the most common method, and the pore size may vary from several nanometers to several microns depending on the manufacturing method and the characteristics of the silicon substrate.

다만, 기공성 기판을 이용하는 대신에, 도 4에 나타낸 바와 같이 기판 중 전극의 아래쪽을 식각과정 등을 통해 제거함으로써 하부 기체 통로를 형성하는 방법을 사용할 수도 있다.Instead of using a porous substrate, however, as shown in FIG. 4, a method of forming a lower gas passage may be used by removing the lower side of the electrode through an etching process or the like.

개별 단전지의 직렬연결이 도 8에 도시되었다. 도 8은 도 7의 상부 표면과 연결선(815)과 집전체(810)의 배치를 보여준다. 전해질(820)은 전체 셀을 다 덮거나, 수평, 혹은 수직으로 늘어선 셀 열을 덮도록 제작될 수 있다. 여러 개의 단전지가 연결된 SOFC 스택 제작을 위해 개별 단전지(800) 구조는 한 열에 2개 이상 제 작될 수 있고, 2개 이상의 여러 열을 제작하여 집적도를 높일 수 있다.The series connection of the individual cells is shown in FIG. 8. FIG. 8 shows the arrangement of the upper surface, the connecting line 815 and the current collector 810 of FIG. 7. The electrolyte 820 may be manufactured to cover the entire cell or to cover the cell rows arranged horizontally or vertically. In order to fabricate an SOFC stack in which several cells are connected, two or more individual unit cells 800 may be manufactured in one column, and two or more rows may be manufactured to increase integration.

도 7 및 도 8에 도시된 구조의 제작방법이 더 자세히 도 9의 순서도에 나타나 있다. 필요한 경우, 트렌치를 분리하는 절연분리구조(도 7의 745)가 양극과 음극 두 전극의 전기적 단락(short)을 방지하기 위해 만들어진다(900). The manufacturing method of the structure shown in FIGS. 7 and 8 is shown in more detail in the flowchart of FIG. 9. If necessary, an insulating isolation structure 745 of FIG. 7 is formed to prevent electrical shorts between the anode and cathode electrodes (900).

기공성 기판을 만드는 일 방법은 기공성 실리콘을 제작하는 방법으로, 실리콘 기판에서 기공성 구조로 만들 부분을 포토리지스트로 규정하고(905), 규정된 부분을 전기화학적 식각을 통해 기공성 구조로 만든다(910). 다른 방법은, 기공성 프리트(frit) 재료를 사용하여 트렌치를 기판 안에 파고(907), 그 안에 프리트로 채워서(912) 형성한다. One method of making a porous substrate is to fabricate porous silicon, in which a portion of the silicon substrate to be made into a porous structure is defined as a photoresist (905), and the specified portion is made into a porous structure through electrochemical etching. (910). Another method is formed by digging a trench into a substrate (907) and filling it with frit (912) using a porous frit material.

기공성 기판이 만들어진 후, 집전체가 형성될 부분을 포토리지스트를 사용해 패터닝하고(915), 여기에 전도체를 증착함으로서(920) 집전체를 형성한다. 본 실시예에서 실리콘 기판이 사용되는 경우 silicide가 집전체로 사용될 수 있다. After the porous substrate is made, the current collector is formed by patterning 915 a portion where the current collector is to be formed using a photoresist and depositing a conductor thereon 920. In this embodiment, when a silicon substrate is used, silicide may be used as the current collector.

그 다음, 제 1 전극(양극 또는 음극)은 기공 구조를 갖는 기판 부분 위에 포토리지스트 패터닝을 통해서 구조를 정하고(925), 증착과 열처리를 통해 형성된다(930, 935). Next, the first electrode (anode or cathode) is formed through photoresist patterning on the portion of the substrate having a pore structure (925), and is formed through deposition and heat treatment (930, 935).

그 다음, 제 1 전극의 형성 후에 제 2 전극(제 1 전극의 반대 전극)이 포토리지스트 패터닝(940), 증착(945), 열처리(950)를 통해 형성된다. Then, after formation of the first electrode, a second electrode (the opposite electrode of the first electrode) is formed through photoresist patterning 940, deposition 945, and heat treatment 950.

양 전극을 다 입힌 후, 유전체(700)가 증착될 수 있다(953). 하지만, 전해질과 연결선 사이에 절연이 필요하지 않다면 전해질을 패터닝하여 사용할 수 있으므로 이 과정이 꼭 필요하진 않다. After both electrodes are clad, dielectric 700 may be deposited (953). However, if the insulation is not required between the electrolyte and the connecting line, this process is not necessary because the electrolyte can be patterned and used.

그 다음, 전해질이 입혀질 영역이 패터닝된 후(955), 전해질이 양 전극 위와 양 전극 사이에 입혀진다(960). 이때, 양 전극 사이에 다른 물질이 채워지고, 양 전극 위에 전해질이 입혀질 수도 있다.Then, after the region on which the electrolyte is to be coated is patterned (955), the electrolyte is coated over the positive electrode and between the positive electrode (960). In this case, another material may be filled between the two electrodes, and an electrolyte may be coated on the both electrodes.

그 다음, 공기/연료의 기체상이 흐를 통로를 형성하기 위해서 전해질의 반대편인 기판의 아래쪽이 기공성 구조를 노출시킬 때까지 갈아진다(975). The bottom of the substrate, opposite the electrolyte, is then ground until it exposes the porous structure to form a passage through which the gas phase of air / fuel flows (975).

또한, 전극을 전해질의 상하에 배치하는 전형적인 A-type 구조에서 하부 전극을 지지하는 지지체에 기체 통로를 형성하여 단실형 환경에서 양 전극의 공급/반응 가스가 서로 섞이지 않도록 구성할 수 있다. 도 10 내지 도 12는 그 한 예를 도시하였다. In addition, in a typical A-type structure in which the electrodes are disposed above and below the electrolyte, a gas passage may be formed in the support for supporting the lower electrode so that the supply / reaction gas of both electrodes may not be mixed with each other in a single room environment. 10 to 12 illustrate one example.

도 10은 에어갭(air gap)(1025)을 이용한 SC-SOFC의 구조를 도시한 그림이다. 에어갭을 형성하기 위해 가장 많이 사용되는 방법은 다음과 같다. 우선, 에어갭이 형성될 부위에 만들어진 트렌치에 나중에 없어지는 희생물질(sacrificial substance), 예를 들어 UnityTM 를 spin on하여 채운다. 이렇게 입혀진 재료 위에 유전체나 폴리머 같은 절연층이 증착된다. 시스템이나 디자인에 따라 희생물질이 먼저 증착, 패터닝되고, 이후 절연층이 그 위에 증착되기도 한다. 이 공정에서는 절연층의 평탄화과정이 추가로 더 요구될 수 있다. 절연층의 증착 후, 희생물질 재료가 분해온도까지 가열되어 열 분해와 분해 산물의 확산을 통해 사라지게 되며, 원래 있던 영역에 embedded air gap을 남기게 된다. 도 10에 도시된 바에 의하면, 희생물질 재료가 채워진 트렌치(1025)는 기판 위의 유전체 재료 안에 형성된다. FIG. 10 is a diagram illustrating a structure of an SC-SOFC using an air gap 1025. The most commonly used method for forming the air gap is as follows. First, spin-fill the sacrificial substance, for example Unity , which is later removed in the trench made at the site where the air gap is to be formed. An insulating layer, such as a dielectric or polymer, is deposited on the coated material. Depending on the system or design, the sacrificial material is first deposited and patterned, and then an insulating layer is deposited thereon. In this process, the planarization of the insulating layer may be further required. After deposition of the insulating layer, the sacrificial material is heated to its decomposition temperature and disappears through thermal decomposition and diffusion of decomposition products, leaving an embedded air gap in the original area. As shown in FIG. 10, trenches 1025 filled with sacrificial material are formed in dielectric material over the substrate.

그 후, 제 1 전극(1015)이 희생물질 재료의 열 분해 전에 증착된다. 이후의 열처리는 전극 열처리뿐 아니라 희생물질 재료의 분해를 위해서 실시된다. 이 과정을 통해 제 1 전극의 아래쪽에 에어갭(1025)이 형성된다. 이런 후에 전해질(1010)이 제 1 전극(1015)의 표면에 증착되게 되고, 그 위에 제 2 전극(1005)의 형성이 이루어진다. Thereafter, a first electrode 1015 is deposited prior to thermal decomposition of the sacrificial material. Subsequent heat treatment is performed for the decomposition of the sacrificial material material as well as the electrode heat treatment. Through this process, an air gap 1025 is formed below the first electrode. After this, the electrolyte 1010 is deposited on the surface of the first electrode 1015, and the second electrode 1005 is formed thereon.

개별 단전지의 직렬연결이 도 11에 도시되었다. 도 11은 도 10의 상부 구조와 연결선(1115)와 집전체(1105)를 보여준다. 또한, 전해질(1120)이 여러 개의 단전지 위에 한번에 증착될 수 있음을 보여준다. 전해질(1120)은 전체 셀을 다 덮거나, 수평, 혹은 수직으로 늘어선 셀 부분을 덮도록 제작될 수 있다. 여러 개의 단전지가 연결된 SOFC 스택 제작을 위해 개별 단전지(1100) 구조는 한 열에 2개 이상 제작될 수 있고, 2개 이상의 여러 열을 제작하여 집적도를 높일 수 있다.The series connection of the individual cells is shown in FIG. FIG. 11 shows the upper structure, the connecting line 1115 and the current collector 1105 of FIG. 10. It is also shown that electrolyte 1120 may be deposited on multiple unit cells at one time. The electrolyte 1120 may be manufactured to cover the entire cell or to cover cell portions horizontally or vertically arranged. In order to manufacture an SOFC stack in which several cells are connected, two or more individual unit cells 1100 may be manufactured in one column, and two or more rows may be manufactured to increase integration.

도 10 및 도 11에 나타난 구조의 제작방법이 도 12의 순서도에 더 자세히 나타나 있다. 산화 규소와 같은 유전체가 기판에 증착된다(1200). 그 후 유전체층에 에어갭이 형성될 트렌치가 포토리지스트로 패터닝된다(1205). 트렌치의 형성 후 희생물질 층이 입혀진다(1210). 제 1 전극(음극 혹은 양극)이 포토리지스트로 패터닝되어 유전체와 희생물질 재료 위에 증착되고(1215, 1220), 이후 열처리(1225)를 통해 에어갭이 형성된다(1227). 전해질이 제 1 전극 위에 포토리지스트 패터닝(1230)과 증착(1235)를 통해 형성된다. 1225 단계에서 언급된 제 1 전극의 열처리는 전해질 증착(1235) 이후에 시행할 수도 있다. 이 열처리 순서는 희생물질 재료가 전해 질과 전극 모두의 아래에서 열처리 되었을 때 열분해를 통해 트렌치에서 확산해 제거될 수 있을 때 사용할 수 있다. 전해질을 증착 후, 제 2 전극(제 1 전극의 반대전극)이 포토리지스트 패터닝(1240)과 증착(1245)를 통해 형성되고 열처리를 통해 완성된다(1250). 유전체(1001)가 1255 단계에서 제 2 전극 위에 증착되고 1260에서 화학 기계 평탄화(Chemical Mechanical Polishing; CMP)를 통해 평탄화 작업을 거치게 된다. 집전체는 1265 단계에서 유전체 안에 패터닝되고 1270 단계에서 전도체를 증착함으로서 형성된다. The manufacturing method of the structure shown in FIGS. 10 and 11 is shown in more detail in the flowchart of FIG. 12. A dielectric, such as silicon oxide, is deposited on the substrate (1200). The trench in which the air gap will be formed in the dielectric layer is then patterned with photoresist (1205). A sacrificial layer is coated 1210 after the formation of the trench. A first electrode (cathode or anode) is patterned with photoresist and deposited on the dielectric and sacrificial material (1215, 1220), and then an air gap is formed through heat treatment 1225 (1227). An electrolyte is formed over the first electrode through photoresist patterning 1230 and deposition 1235. The heat treatment of the first electrode mentioned in step 1225 may be performed after electrolyte deposition 1235. This heat treatment sequence can be used when the sacrificial material can be diffused and removed from the trench through pyrolysis when heat treated under both the electrolyte and the electrode. After depositing the electrolyte, a second electrode (the opposite electrode of the first electrode) is formed through photoresist patterning 1240 and deposition 1245 and completed through heat treatment (1250). Dielectric 1001 is deposited on the second electrode in step 1255 and subjected to planarization through chemical mechanical polishing (CMP) at 1260. The current collector is formed by patterning into a dielectric in step 1265 and depositing a conductor in step 1270.

여러 개의 단전지를 연결하여 스택을 구성하는 구조를 도시한 도 5, 도 8, 및 도 11에서, 직렬연결을 용이하게 하기 위해서는 전극은 이웃한 열에서 서로 교대로 배치할 수 있다. 즉, 첫 열에서는 음극-전해질-양극-음극-전해질-양극으로 배치되어 이웃한 단전지끼리 직렬 연결을 이루고, 두번째 열에서는 양극-전해질-음극-양극-전해질-음극 순으로 직렬연결을 이루며 배치된다. 이런 방식을 취함으로써 직렬연결을 위한 연결선(535, 815, 1115)이 각 열의 끝에서 매우 용이하게 이뤄질 수 있게 된다. 5, 8, and 11 illustrating a structure in which a stack is formed by connecting a plurality of unit cells, electrodes may be alternately arranged in adjacent rows in order to facilitate series connection. That is, the first column is arranged in the form of a cathode-electrolyte-anode-anode-electrolyte-anode to form a series connection between neighboring cells, and in the second column, they are arranged in series connection in the order of anode-electrolyte-cathode-anode-electrolyte-cathode do. In this way, connecting lines 535, 815 and 1115 for series connection can be made very easily at the end of each column.

하지만, 다른 방식으로 전극들이 배치되더라도 도 13에 도시한 바와 같이 직렬연결이 가능하다. 도 13의 경우에는, 첫 열과 두번째 열 모두에서 음극-전해질-양극의 배치 순서가 같다. 이런 경우, 열과 열 사이에 연결선이 길게 지나갈 수 있으나, 윗 열의 한쪽 끝과 아랫열의 반대쪽 끝 단전지의 집전체를 직렬로 연결하면서 단전지 간의 전기적 상호연결이 형성될 수 있다. However, even if the electrodes are arranged in other manners, a series connection is possible as shown in FIG. 13. In the case of FIG. 13, the arrangement order of the cathode-electrolyte-anode is the same in both the first column and the second column. In this case, although the connection line may pass long between the rows, the electrical interconnection between the cells may be formed by connecting the current collectors of the cells of one end of the upper row and the other end of the lower row in series.

또한, 이웃한 단전지에서 양극끼리, 혹은 음극끼리 전기적 연결을 하여 병렬 연결을 구성할 수 있다. 디자인과 연결 방식에 따라 연결선의 연결을 용이하게 하기 위하여 이웃한 단전지와 이웃한 열의 전극 배치를 자유롭게 할 수 있다. 이러한 직렬과 병렬 연결은 한 SC-SOFC 스택에서 복합적으로 이뤄질 수도 있다. 즉, 같은 열 내에서는 직렬로 단전지를 연결하고 이웃한 열은 병렬로 연결하거나 그 반대의 경우도 가능하다. In addition, parallel connections may be configured by electrically connecting the positive electrodes or the negative electrodes to neighboring single cells. In order to facilitate connection of the connection line according to the design and the connection method, it is possible to freely arrange the electrodes of the adjacent unit cells and the neighboring rows. These serial and parallel connections can be combined in one SC-SOFC stack. That is, within the same row, cells can be connected in series and neighboring rows can be connected in parallel or vice versa.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 전극의 분리 배치 구조를 가진 연료전지는 기체상의 혼합을 막아 기존에 제안되었던 동일 평면상 전극을 가진 SC-SOFC의 여러 단점들을 손쉽게 해결하여 그 성능이 현저히 향상된다. 특히, 집적과 대량생산이 가능한 박막공정을 이용하여 실현할 수 있는 발명을 제시함으로써, 타 기술로의 이식성과 확장성, 범용성 또한 매우 우수하다. 또한, 본 발명에 따라 제조한 소형 연료전지는 이동형 차세대 소형 전력 공급 장치로서 연료전지 단위 셀의 고집적화와 초소형화가 가능하게 되어 큰 경제적 가치를 갖는다.As described above, a fuel cell having an electrode arrangement structure according to the present invention prevents gas phase mixing and easily solves various disadvantages of the SC-SOFC having a previously proposed coplanar electrode, thereby significantly improving its performance. do. In particular, by presenting an invention that can be realized using a thin film process capable of integration and mass production, the portability, scalability, and versatility to other technologies are also excellent. In addition, the small fuel cell manufactured according to the present invention is a mobile next generation small power supply device, which enables high integration and miniaturization of a fuel cell unit cell, and thus has great economic value.

본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments, it is merely exemplary, and the present invention may encompass various modifications and equivalent other embodiments that can be made by those skilled in the art. Will understand.

Claims (40)

전해질의 일면에 애노드 전극과 캐쏘드 전극이 함께 배치된 타입의 단실형 고체산화물 연료전지에 있어서,In the single-solid-type solid oxide fuel cell of the type in which the anode electrode and the cathode electrode are disposed together on one surface of the electrolyte, 상기 전해질의 상기 일면에 형성되고, 동종 또는 이종의 두 전극 사이에 위치하는 분리장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.And a separation barrier formed on the one surface of the electrolyte and positioned between two electrodes of the same or different type. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 애노드 전극과 상기 캐쏘드 전극이 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.Single anode type solid oxide fuel cell, characterized in that the anode electrode and the cathode electrode are alternately arranged. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 애노드 전극과 상기 캐쏘드 전극은 동일 제 2 전극개를 한 묶음으로 해서 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.And the anode electrode and the cathode electrode are alternately arranged in a bundle of identical second electrode pieces. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리장벽의 높이는 상기 애노드 및 캐쏘드 전극의 높이보다 높거나 혹은 같은 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.Single height solid oxide fuel cell, characterized in that the height of the separation barrier is higher than or equal to the height of the anode and cathode electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리장벽은 상기 전해질과 동종의 물질로 이루어지거나, 혹은 상기 전해질과 이종의 물질로서 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy), 알루미늄 산화물(AlxOy), 마그네슘 산화물(MgxOy), 티타늄 산화물(TixOy), 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate) 또는 상기 재료들의 여러 도핑상을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.The separation barrier is made of the same kind of material as the electrolyte, or as the material different from the electrolyte, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (Si x N y ), aluminum oxide (Al x O y ), magnesium oxide ( Mg x O y ), Titanium Oxide (Ti x O y ), Zirconium Oxide (Zr x O y ), Cerium Oxide (Ce x O y ), Lanthanum Gallate, Barium Cerate, Barium Single chamber solid oxide fuel cell comprising a zirconate (Barium Zirconate) or several doped phases of the materials. 상면에 트렌치(trench)가 형성된 기판;A substrate having a trench formed on the top surface thereof; 상기 트렌치의 중앙부에 위치하는 전해질;An electrolyte located at the center of the trench; 상기 트렌치 내에 위치하며, 상기 전해질을 기준으로 좌·우로 분리 배치된 서로 다른 두 전극; 및Two different electrodes disposed in the trench and disposed separately from the left and right sides of the electrolyte; And 적어도 상기 전해질 위에 형성된 분리장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.And a separation barrier formed over at least the electrolyte. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 분리장벽은 상기 전극 중 상기 전해질과 인접한 부분 위에도 형성된 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.And the separation barrier is formed on a portion of the electrode adjacent to the electrolyte. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 기판 중 적어도 상기 전극의 하부는 기공 구조인 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.At least a lower portion of the electrode of the substrate is a single-solid-type solid oxide fuel cell, characterized in that the pore structure. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 기판 중 상기 전극의 하면과 접촉한 부분은 적어도 일부 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.At least part of the substrate in contact with the lower surface of the electrode is removed, characterized in that the solid-state solid oxide fuel cell. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전극 위에 상기 분리장벽과 이격되어 형성된 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.And a current collector spaced apart from the separation barrier on the electrode. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기판 위에 다수의 단전지(unti cell)가 위치하고, 각 단전지는 각 집전체 사이를 이어주는 연결선을 통해 직렬 또는 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.A plurality of unit cells (unti cell) is located on the substrate, each unit cell is a solid-state solid oxide fuel cell, characterized in that connected in series or in parallel through a connection line connecting each current collector. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 기판과 상기 전극 사이에 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 silicon oxy-nitride가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지. And a silicon oxide, silicon nitride or silicon oxy-nitride interposed between the substrate and the electrode. 기판;Board; 상기 기판 위에 서로 이격되도록 배치된 서로 다른 두 전극; 및Two different electrodes disposed to be spaced apart from each other on the substrate; And 상기 두 전극 위에 형성된 전해질;을 포함하며,An electrolyte formed on the two electrodes; 상기 기판 중 적어도 상기 전극의 하부는 기공 구조이거나, 혹은 상기 기판 중 상기 전극의 하면과 접촉한 부분은 적어도 일부 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.At least a lower portion of the electrode of the substrate has a pore structure, or at least part of the substrate in contact with the lower surface of the electrode is removed, characterized in that the solid-state solid oxide fuel cell. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 기판의 상기 제거된 부분에 기공성 프리트(frit)가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지. And a porous frit is filled in the removed portion of the substrate. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 기판은 기공성 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.Single substrate type solid oxide fuel cell, characterized in that the substrate is a porous silicon substrate. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 기판 위에 상기 전극의 하면 외측 가장자리부와 접촉하도록 형성된 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.And a current collector formed on the substrate to be in contact with an outer edge of the lower surface of the electrode. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 기판 위에 다수의 단전지(unti cell)가 위치하고, 각 단전지는 각 집전체 사이를 이어주는 연결선을 통해 직렬 또는 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.A plurality of unit cells (unti cell) is located on the substrate, each unit cell is a solid-state solid oxide fuel cell, characterized in that connected in series or in parallel through a connection line connecting each current collector. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 두 전극 사이에 형성된 전해질 아래에 형성된 절연분리구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.Single-solid-type solid oxide fuel cell, characterized in that it further comprises an insulating separation structure formed under the electrolyte formed between the two electrodes. 기판, 유전체, 제 1 전극, 전해질, 제 2 전극이 아래부터 순차적으로 적층된 구조를 포함하며, A substrate, a dielectric, a first electrode, an electrolyte, and a second electrode are sequentially stacked from below; 상기 유전체 중 상기 제 1 전극과 접촉하는 일부분이 제거되어 에어갭(air gap)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.And a portion of the dielectric in contact with the first electrode is removed to form an air gap. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 에어갭은 일정 간격으로 규칙적으로 형성된 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지.The air gap is a single-solid-type solid oxide fuel cell, characterized in that formed at regular intervals. 전해질층 위에 분리장벽 재료층을 형성하는 단계;Forming a separation barrier material layer over the electrolyte layer; 상기 분리장벽 재료층을 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 분리장벽을 형성하는 단계;Forming a separation barrier by patterning the separation barrier material layer using a photoresist; 상기 분리장벽의 일 측에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및Forming a first electrode on one side of the separation barrier; And 상기 분리장벽의 상기 일 측의 반대 측에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.And forming a second electrode on an opposite side of the one side of the separation barrier. 전해질층 위에 포토리지스트층을 형성하는 단계;Forming a photoresist layer on the electrolyte layer; 상기 포토리지스트층를 패터닝하여 트렌치(trench)를 형성하는 단계;Patterning the photoresist layer to form a trench; 상기 트렌치에 분리장벽 재료를 증착하여 분리장벽을 형성하는 단계;Depositing a separation barrier material in the trench to form a separation barrier; 상기 포토리지스트층을 제거하는 단계;Removing the photoresist layer; 상기 분리장벽의 일 측에 제 1 전극을 형성하는 단계; 및Forming a first electrode on one side of the separation barrier; And 상기 분리장벽의 상기 일 측의 반대 측에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.And forming a second electrode on an opposite side of the one side of the separation barrier. 전해질층 위에 분리장벽 재료층을 형성하는 단계;Forming a separation barrier material layer over the electrolyte layer; 상기 분리장벽 재료층을 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 제 1 트렌치를 형성하는 단계;Forming a first trench by patterning the separation barrier material layer using a photoresist; 상기 제 1 트렌치에 제 1 전극을 형성하는 단계;Forming a first electrode in the first trench; 상기 제 1 전극과 이격된 위치에 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 제 2 트렌치를 형성하는 단계;Forming a second trench by patterning the photoresist at a position spaced apart from the first electrode; 상기 제 2 트렌치에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.Forming a second electrode in the second trench; Method of manufacturing a single-solid-type solid oxide fuel cell comprising a. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 제 2 전극 형성 단계 후 남은 분리장벽 재료층을 포토리지스트를 이용하여 패터닝함으로써 개별 분리장벽을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.And forming an individual separation barrier by patterning the separation barrier material layer remaining after the second electrode forming step using a photoresist. 제 21 항 또는 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,The method according to claim 21 or 22 or 23, 상기 전해질층과, 상기 분리장벽 재료층과, 상기 제 1 및 제 2 전극은 화학기상증착법, 스퍼터링법, 솔-젤법, 스프레잉법, 또는 스핀-온 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The electrolyte layer, the separation barrier material layer, and the first and second electrodes are formed by a chemical vapor deposition method, a sputtering method, a sol-gel method, a spraying method, or a spin-on process. Method of manufacturing a fuel cell. 기판의 상면에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the upper surface of the substrate; 상기 트렌치 내에 제 1 전극-전해질-제 2 전극을 수평방향으로 나란히 형성하는 단계;Forming a first electrode-electrolyte-second electrode in the trench in a horizontal direction; 상기 전해질과 상기 제 1 및 제 2 전극 위에 유전체층을 형성하는 단계; 및Forming a dielectric layer over the electrolyte and the first and second electrodes; And 상기 유전체층 가운데, 상기 전해질 윗부분은 남겨놓고 상기 제 1 및 제 2 전극 윗부분의 적어도 일부는 오픈(open)하여 상부 기체 통로를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.And forming at least a portion of the upper part of the first and second electrodes while the upper part of the dielectric layer is left while the upper part of the dielectric layer is formed to form an upper gas passage. . 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 전해질과 상기 제 1 및 제 2 전극의 형성 단계는, Forming the electrolyte and the first and second electrodes, 상기 트렌치의 중앙부에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 전해질을 형성하는 단계; 상기 트렌치 내 상기 전해질의 일 측에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 트렌치 내 상기 전해질의 상기 일 측의 반대 측에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.Forming an electrolyte using photoresist patterning at the center of the trench; Forming a first electrode on the side of the electrolyte in the trench by using photoresist patterning; And forming a second electrode on the opposite side of the one side of the electrolyte in the trench by using photoresist patterning. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 전해질과 상기 제 1 및 제 2 전극의 형성 단계는, Forming the electrolyte and the first and second electrodes, 상기 트렌치 내 일 측에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 트렌치 내 상기 제 1 전극과 이격된 위치에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 제 2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 전해질을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.Forming a first electrode on one side of the trench by using photoresist patterning; Forming a second electrode using photoresist patterning at a position spaced apart from the first electrode in the trench; And forming an electrolyte using photoresist patterning between the first electrode and the second electrode. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 전해질과 상기 제 1 및 제 2 전극의 형성 단계는, Forming the electrolyte and the first and second electrodes, 상기 트렌치 내 일 측에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 트렌치 내 상기 제 1 전극 옆에 포토리지스트 패터닝을 이용하여 전해질을 형성하는 단계; 및 상기 트렌치 내 상기 전해질 옆에 포토리지스트 패터 닝을 이용하여 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.Forming a first electrode on one side of the trench by using photoresist patterning; Forming an electrolyte using photoresist patterning next to the first electrode in the trench; And forming a second electrode using photoresist patterning next to the electrolyte in the trench. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 제 1 전극-전해질-제 2 전극을 형성하는 단계 이후에, After forming the first electrode-electrolyte-second electrode, 상기 기판 가운데, 상기 전해질 아랫부분은 남겨놓고 상기 제 1 및 제 2 전극 아랫부분을 오픈하여 하부 기체 통로를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method of claim 1, further comprising forming a lower gas passage by opening the lower portions of the first and second electrodes, leaving the lower portion of the electrolyte. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 하부 기체 통로를 형성하기 전에, 상기 기판의 두께를 전체적으로 얇게 하는 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.Before forming the lower gas passage, the method of manufacturing a single solid oxide fuel cell characterized in that the process of thinning the overall thickness of the substrate. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 기판의 상면에 트렌치를 형성한 후에, 상기 트렌치를 형성하는 기판 내면에 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 silicon oxy-nitride를 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법. After forming the trench on the upper surface of the substrate, the step of depositing silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxy-nitride on the inner surface of the substrate forming the trench further comprising the step of manufacturing a solid oxide fuel cell Way. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상부 기체 통로 형성시 상기 제 1 및 제 2 전극 윗부분에 각각 접촉하는 집 전체가 증착될 공간을 함께 형성하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법. The method of manufacturing a single solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a space in which a whole house is formed to be deposited is formed together when the upper gas passage is formed. 기판의 적어도 일부를 기공 구조로 형성하는 단계;Forming at least a portion of the substrate into a pore structure; 상기 기공 구조를 갖는 기판 부분 위에 제 1 전극을 형성하는 단계;Forming a first electrode on the substrate portion having the pore structure; 상기 기공 구조를 갖는 기판 부분 위에, 상기 제 1 전극과 이격되도록 제 2 전극을 형성하는 단계; 및Forming a second electrode on the substrate portion having the pore structure so as to be spaced apart from the first electrode; And 상기 두 전극 위에 전해질을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.Forming an electrolyte on the two electrodes; Method of manufacturing a single solid oxide fuel cell comprising a. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 기판의 일부를 기공 구조로 형성하는 방법은, 상기 기판에서 기공 구조로 만들 부분을 포토리지스트로 규정하고, 이 규정된 부분을 전기화학적으로 식각하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.In the method of forming a portion of the substrate into a pore structure, a portion of the substrate to be formed into a pore structure is defined by a photoresist, and the prescribed portion is manufactured by electrochemical etching. Way. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 기판의 일부를 기공 구조로 형성하는 방법은, 상기 기판의 상면에 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치에 기공성 프리트(frit)를 채우는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method of forming a portion of the substrate in a pore structure comprises forming a trench in the upper surface of the substrate and filling the trench with a porous frit. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 제 1 전극을 형성하기 전에 상기 기판 위에 집전체를 형성하고, 상기 집전체의 일부 위에 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.A current collector is formed on the substrate before the first electrode is formed, and the first electrode and the second electrode are formed on a part of the current collector. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 제 1 전극 아래 기판의 기공 구조 부분과 상기 제 2 전극 아래 기판의 기공 구조 부분은 서로 분리되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.And a pore structure portion of the substrate under the first electrode and a pore structure portion of the substrate under the second electrode are separated from each other. 기판 위에 유전체층을 형성하는 단계;Forming a dielectric layer over the substrate; 상기 유전체층에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the dielectric layer; 상기 트렌치에 희생물질(sacrificial substance)을 채우는 단계;Filling a sacrificial substance in the trench; 상기 유전체층 및 상기 희생물질 위에 제 1 전극을 형성하는 단계;Forming a first electrode on the dielectric layer and the sacrificial material; 상기 제 1 전극 위에 전해질층을 형성하는 단계; 및Forming an electrolyte layer on the first electrode; And 상기 전해질층 위에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,Forming a second electrode on the electrolyte layer; 상기 제 1 전극의 열처리나 그 이후의 열처리를 통해 상기 희생물질을 열 분해시켜 에어갭(air gap)을 형성하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.And thermally decomposing the sacrificial material through heat treatment of the first electrode or subsequent heat treatment to form an air gap. 기판 위에 희생물질층을 형성하는 단계;Forming a sacrificial material layer on the substrate; 상기 희생물질층을 패터닝하여 소정 간격의 희생물질을 형성하는 단계;Patterning the sacrificial material layer to form a sacrificial material at a predetermined interval; 상기 희생물질 사이 및 위에 유전체층을 형성하는 단계;Forming a dielectric layer between and over said sacrificial material; 상기 유전체층을 평탄화하는 단계;Planarizing the dielectric layer; 상기 유전체층 및 상기 희생물질 위에 제 1 전극을 형성하는 단계;Forming a first electrode on the dielectric layer and the sacrificial material; 상기 제 1 전극 위에 전해질층을 형성하는 단계; 및Forming an electrolyte layer on the first electrode; And 상기 전해질층 위에 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,Forming a second electrode on the electrolyte layer; 상기 제 1 전극의 열처리나 그 이후의 열처리를 통해 상기 희생물질을 열 분해시켜 에어갭(air gap)을 형성하는 것을 특징으로 하는 단실형 고체산화물 연료전지의 제조방법.And thermally decomposing the sacrificial material through heat treatment of the first electrode or subsequent heat treatment to form an air gap.
KR1020060078430A 2006-08-18 2006-08-18 Single chamber solid oxide fuel cell with barrier rib and the fabrication method thereof KR100724120B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060078430A KR100724120B1 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Single chamber solid oxide fuel cell with barrier rib and the fabrication method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060078430A KR100724120B1 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Single chamber solid oxide fuel cell with barrier rib and the fabrication method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100724120B1 true KR100724120B1 (en) 2007-06-04

Family

ID=38358147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060078430A KR100724120B1 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Single chamber solid oxide fuel cell with barrier rib and the fabrication method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100724120B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100961641B1 (en) 2008-05-28 2010-06-09 연세대학교 산학협력단 Single chamber solid oxide fuel cell of on-planar type
CN113904067A (en) * 2021-09-28 2022-01-07 一汽解放汽车有限公司 Invalid battery cell isolation device and method and battery

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005158355A (en) 2003-11-21 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd Porous electrode for sofc, its manufacturing method and sofc, and pore-forming material for carrying catalyst
JP2005222774A (en) 2004-02-04 2005-08-18 Dainippon Printing Co Ltd Solid oxide fuel cell
US6936366B2 (en) 2002-04-03 2005-08-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Single chamber solid oxide fuel cell architecture for high temperature operation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6936366B2 (en) 2002-04-03 2005-08-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Single chamber solid oxide fuel cell architecture for high temperature operation
JP2005158355A (en) 2003-11-21 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd Porous electrode for sofc, its manufacturing method and sofc, and pore-forming material for carrying catalyst
JP2005222774A (en) 2004-02-04 2005-08-18 Dainippon Printing Co Ltd Solid oxide fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100961641B1 (en) 2008-05-28 2010-06-09 연세대학교 산학협력단 Single chamber solid oxide fuel cell of on-planar type
CN113904067A (en) * 2021-09-28 2022-01-07 一汽解放汽车有限公司 Invalid battery cell isolation device and method and battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6969565B2 (en) Solid oxide fuel cell stack and method of manufacturing the same
US20040185323A1 (en) Monolithic fuel cell structure and method of manufacture
KR101002044B1 (en) Micro fuel cell and the fabrication method thereof, and micro fuel cell stack using the same
JP2004152761A (en) Fuel cell with current collector embedded therein
US20110117471A1 (en) Fuel cell device
JP2004139980A (en) Fuel cell and its manufacturing method
JP5309487B2 (en) Fuel cell
US20070048589A1 (en) Integrated micro fuel cell apparatus
WO2007100947A2 (en) Integrated micro fuel cell apparatus
WO2008005605A2 (en) Fuel cell having patterned solid proton conducting electrolytes
TW200421662A (en) Fuel cell or electrodes with passive support
KR20060051869A (en) Interconnect supported electrolyzer assembly, preform and method of fabrication
US20060172167A1 (en) Thin film fuel cell electrolyte and method for making
KR100724120B1 (en) Single chamber solid oxide fuel cell with barrier rib and the fabrication method thereof
JP2004134362A (en) Interconnection supported fuel cell assembly, preform and method of fabrication
US20100310961A1 (en) Integratable and Scalable Solid Oxide Fuel Cell Structure and Method of Forming
US20080061027A1 (en) Method for forming a micro fuel cell
JP2004031158A (en) Cell of fuel cell and fuel cell stack using this
JP2006196279A (en) Solid oxide fuel cell stack and its manufacturing method
JP7279183B2 (en) Fuel cell, fuel cell system, fuel cell manufacturing method
KR101409639B1 (en) Interconnect for SOFC and Method for manufacturing the interconnect
KR102410881B1 (en) Single chamber typed stacked thin film solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
KR101689949B1 (en) Electrode structure, electrochemical device comprising same and process for preparing the structure
KR20160007764A (en) Fuel cell module and method for manufacturing the same
JP2014191992A (en) Method for manufacturing solid oxide fuel battery

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130430

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140507

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150527

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160524

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee