KR100760219B1 - Fabrication method of electrochemical cells by robo-dispensing, constituent material paste of the electrochemical cells, and solid oxide fuel cell fabricated through the method - Google Patents

Fabrication method of electrochemical cells by robo-dispensing, constituent material paste of the electrochemical cells, and solid oxide fuel cell fabricated through the method Download PDF

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KR100760219B1
KR100760219B1 KR20050070259A KR20050070259A KR100760219B1 KR 100760219 B1 KR100760219 B1 KR 100760219B1 KR 20050070259 A KR20050070259 A KR 20050070259A KR 20050070259 A KR20050070259 A KR 20050070259A KR 100760219 B1 KR100760219 B1 KR 100760219B1
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KR
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solid
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김용범
김주선
문주호
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 의한 전기화학적 셀의 제조방법은, 전기화학적 셀의 요소소재를 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 페이스트화여 준비하는 단계; Method of manufacturing an electrochemical cell according to the present invention includes the steps of preparing a paste material hwayeo the element of electrochemical cell to be discharged by the ROBO dispenser; 준비된 요소소재 페이스트를 로보 디스펜싱에 의해 패터닝 할 기판을 제조하는 단계; The prepared element material paste to prepare a substrate to be patterned by a robotic dispensing; 및 기판위에 상기 요소소재 페이스트들을 로보 디스펜싱에 의해 직접묘화하여 패터닝하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. And by direct drawing by the elements paste material on the substrate in ROBO dispensing characterized in that it comprises the step of patterning.
본 발명에 따르면, 종래의 식각법, 스크린 프린팅법, 테이프 캐스팅법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법등에 비하여 구성소재의 물성향상, 공정상 높은 재현성과 정확성에 의한 소형화와 집적화, 경제성, 간단한 공정, 저비용, 친환경적으로 다종소재의 적층 구조가 요구되어지는 다양한 전기 화학적 셀을 직접묘화 방식으로 간단하게 제작할 수 있고, 그 공정상의 특징으로 인해 생산성과 재현성 및 타 기술로의 이식성과 확장성이 우수하다. In accordance with the present invention, a conventional etching method, a screen printing method, a tape casting method, sputtering method, improved physical properties of the component used in comparison or the like electron beam evaporation, miniaturization and integration of the process the high reproducibility and accuracy, economical, simple process, low cost, environmentally friendly as can easily create a variety of electrochemical cell, the direct drawing method which is a laminate structure with a variety of materials required, because of the feature of the process that is excellent in portability and scalability of productivity and reproducibility, and other techniques.
본 발명에서 구체적인 실시의 예에서 제작된 집적형 소형 고체 산화물 연료전지는 종래의 고체산화물 연료전지 제조 방법인 스크린 인쇄법이나 테이프 캐스팅법이 가지고 있는 소형화와 재현성 정밀성등의 한계점을 기판에 직접 묘화 방식으로 제품을 성형시킬 수 있는 로보 디스펜싱법을 이용함으로써 제조상의 경제성 및 높은 재현성과 정밀성 그리고 초소형화에 있어서 현저한 향상을 기대할 수 있다. The integrated compact solid oxide fuel cell is a conventional solid oxide fuel cell manufacturing method of screen printing or tape casting method is smaller and reproducible direct the limitations such as precision substrate rendering manner with Production Example of specific embodiments in the present invention by using a robotic dispensing method capable of molding the products it can be expected a significant improvement in the economy of manufacturing, and high reproducibility and precision and miniaturization.

Description

로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법, 그 요소소재 페이스트, 및 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지{Fabrication method of electrochemical cells by robo-dispensing, constituent material paste of the electrochemical cells, and solid oxide fuel cell fabricated through the method} Method of manufacturing an electrochemical cell according to the robotic dispensing, the component material paste, and thus a solid oxide fuel cell prepared by {Fabrication method of electrochemical cells by robo-dispensing, constituent material paste of the electrochemical cells, and solid oxide fuel cell fabricated through the method}

도 1은 본 발명의 전기화학적 셀의 바람직한 일 실시예로서 제조된 집적형 소형 고체산화물 연료전지의 개략적인 구조도이다. 1 is a schematic structural diagram of an integrated compact solid oxide fuel cell made as one preferred embodiment of the electrochemical cell of the present invention.

도 2는 본 발명의 전기화학적 셀의 제조에 사용되는 로보 디스펜서의 개략적인 구조도이다. Figure 2 is a schematic structural diagram of a robotic dispenser used in the manufacture of electrochemical cells of the present invention.

도 3은 부분 안정화 지르코니아로 이루어진 다공성 지지체의 미세사진구조이다. Figure 3 is a microscopic structure photograph of a porous support made of a partially stabilized zirconia.

도 4는 페이스트화된 각각의 연료전지의 요소소재의 유동특성의 측정결과를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the measurement results of the flow characteristics of the component materials of each of the fuel cell a paste screen.

도 5는 로보 디스펜서에 의하여 직접묘화방식으로 적층된 고체산화물 연료전지의 패턴의 단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다. 5 is a photograph taking a cross section of the pattern of the solid oxide fuel cell stack as direct drawing method by a robotic dispenser with an electron microscope.

※ 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 A brief description of the main part of the drawing ※

1......연료극(anode) 1 ...... fuel electrode (anode)

2......전해질(electrolyte) 2 ...... electrolyte (electrolyte)

3......공기극(cathode) 3 ...... air electrode (cathode)

4......접속제(interconnect) 4 ...... connection of claim (interconnect)

5......다공성 지지체(substrate) 5 ...... porous support (substrate)

6......페이스트 토출부 6 ...... paste ejection portion

7......로보 디스펜서 하판 7 ...... Robo dispensers lower plate

8......로보 디스펜서 암 8 ...... Robo dispenser arm

9......다공성 지지체 9 ...... porous support

10......공압 조절기 10 ...... pneumatic regulator

11......로보 디스펜서 제어용 컴퓨터 11 ...... Robo dispenser control computer

본 발명은 휴대폰이나 노트북과 같은 초소형 정밀 부품 및 휴대용 정보 통신 기기등에 사용되는 다종소재의 적층 구조가 요구되어지는 다양한 전기 화학적 셀을 제작하는 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a manufacturing method for manufacturing a variety of electrochemical cell to be a laminate structure with a variety of materials used in a very small precision components, and a portable information communication equipment such as mobile phones and laptops, it is required.

지금까지 알려진 다종소재의 적층 구조가 요구되어지는 전기 화학적 셀을 제조하는 방법으로는 스크린 인쇄법이나 테이프 캐스팅법과 같은 비교적 비용이 저렴한 방법과 스퍼터링 혹은 전자빔 증착 기술과 같은 박막기술을 이용하는 방법 등이 있다. Method for producing an electrochemical cell, the layered structure of the wide material known so far that are required to have such a method using a thin film technique such as a method is relatively cost same method and screen printing or tape casting low as sputtering or electron beam evaporation technique . 스크린 인쇄법이나 테이프 캐스팅법에 의한 테이프 캘린더링 방법 등은 형상화에 압력이 필요한 방법이기 때문에 다종소재의 적층 구조를 실현하는데 있어서는 좋은 물성을 얻을 수 없다. Screen tape calendering method according to the printing or tape casting method and the like can not be obtained good physical properties In the laminated structure to realize the wide material since the method requires a pressure to the shaping. 특히 스크린 인쇄법의 경우 미리 짜여진 틀에 맞추어 만들고자 하는 것을 형상화 시키는 방법으로 공정변수들은 스크린 변수, 고무 날 변수, 반죽물의 조성과 레올로지 및 기판의 표면 거칠기 등을 포함하고 있으므로 소형화에는 그 한계점을 가질 수 밖에 없고 박막을 계속해서 적층하여 올릴 경우 먼저 형성된 박막은 다음으로 형성할 박막이 인쇄되는 동안 압력이 가해지게 되므로 좋은 물성을 얻을 수 없게 된다. In particular, screen printing method, a method of shaping that you want to make according to the pre-woven frame process parameters are so included in the screen parameters, the rubber edge variables, the dough water compositions and the like the surface roughness of the rheology and the substrate size reduction has to have its limitations If no choice but to continue to raise the thin film laminated thin film it is first formed can not be obtained the good physical properties because the pressure be applied while the thin film be formed by printing. 테이프 캐스팅 법 또한 미세패턴의 형성에는 부적합하고 각각 제조된 박막을 적층하기 위해서는 스크린 프린팅 법보다 더 높은 압력을 요구하기 때문에 역시 좋은 물성을 얻을 수 없게 된다. Since the tape casting method also in order to form a fine pattern, and not suitable for laminating a thin film of each manufactured to require a higher pressure than the screen printing method can not be also obtained good physical properties. 일반적으로 마이크로 단위의 미세전극을 다종소재의 적층구조로 형성하는데 있어서 가장 많이 사용되어지고 있는 스퍼터링 혹은 전자빔 증착 기술과 같은 박막기술은 전극 형성의 자유도가 떨어짐은 물론이고 다공성등을 필요로하는 경우에는 그 제어가 용이하지 못하다. In general, thin film technology such as sputtering or electron beam evaporation techniques that are used most commonly in forming the micro-electrode of the micro-units of the laminated structure of a wide material is falling, the degree of freedom of forming electrodes, as well as if needed a porous, etc., that control is not easy. 또한 비용이 많이 들고 공정이 매우 복잡하다는 단점도 가지고 있다. Also has the disadvantage of a costly process is very complicated.

본 발명에서는 다종소재의 적층구조가 요구되어지는 다양한 전기화학적 셀 중에서 기존 장치에 비하여 발전 효율이 높고, 환경 보존성이 우수하여 미래의 전원으로 현재 많은 연구가 진행되고 있는 고체산화물 연료전지중에서 다중 복합 소재의 적층 및 정렬이 요구 되어지는 평면 집적형 고체산화물 연료전지를 로보 디스펜싱 기술로 제작하여 종래의 기술과 비교하였다. Multi-component material in the present invention, a variety of electrochemical cell in a high power generating efficiency than the conventional device, and environmental storage stability is excellent and the power of the future solid with the current studies in progress oxide fuel cell that is required is a laminate structure of a multiple-kind Material production of a laminated and integrated planar type solid oxide fuel cell to be sorted is required in robotic dispensing technology were compared with the prior art.

일반적으로 고체산화물 연료전지는 수소와 산소가 가지고 있는 화학적 에너지를 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치인 연료전지의 한 종류로서 높은 변환 효율과 환경친화적인 면에서의 많은 장점 때문에 차 세대 에너지 변환장치로 주목을 받고 있다. Generally, solid oxide fuel cells because of many advantages in the aspects high conversion efficiency and environment-friendly as a type of energy conversion device that converts the chemical energy of hydrogen and oxygen has a direct electrical energy by an electrochemical reaction fuel cell the next generation is attracting attention as an energy conversion device. 현재 이동통신기기나 휴대용 정보통신 단말기, 군사용 혹은 레저용 이동전원 등과 같은 소형 전자기기 산업의 급성장에 따라서 고성능 전원에 대한 수요가 크게 증가 하고 있으며 이에 상응되는 경박 단소의 고출력 전원이 필요하게 되었다. And the demand for high performance power greatly increased with the rapid growth of the small-sized electronic device industry, such as the mobile communication device or a portable information communication terminal, a mobile power source for military or leisure was a need for a high output power of a frivolous chancel is equivalent. 소형 고체산화물 연료전지는 MEMS공정기술과 폴리머 전해질을 이용한 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)나 DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)에 비하여 연료 전처리 장치 없이도 내부개질이 가능하기 때문에 다양한 연료가 사용될 수 있다. Small solid oxide fuel cell has a wide range of fuels can be used because it can be modified without the need for internal fuel pretreatment unit as compared to the MEMS process technique and the polymer electrolyte PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) and DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) using. 따라서 고체산화물 연료전지는 무게와 부피를 최소화 시키는데 용이하고 높은 출력밀도 특성으로 장시간 사용이 가능한 가벼운 휴대용 전원장치로 응용될 수 있을 뿐만 아니라 열에너지를 동시에 이용할 수 있는 장점을 가지고 있다. Thus, the solid oxide fuel cell can not only be applied to the weight and volume to minimize the ease and capable of long-term use at a high output density characteristic light portable power supply device has the advantage of being able to utilize the heat energy at the same time.

일반적으로 고체산화물 연료전지의 구조는 서로 상이한 3가지 이상의 소재와 치밀체/다공체의 상반된 미세구조의 층상 형태를 이루고 있으므로 고도의 정밀한 제조공정을 필요로 한다. Since general structure of the solid oxide fuel cells forms a layer in the form of opposing the microstructure of the material with three or more dense body / the porous body are different from each other it requires a high degree of precision manufacturing process. 특히 고체산화물 연료전지의 소형화에는 구성소재의 물성향상 및 구성요소의 박막화(두께감소) 그리고 경제성 있는 스택의 제조 기술이 필요하다. In particular, thinning of the size reduction of the solid oxide fuel cell, the improvement of material properties and configuration components (reduction in thickness) and requires manufacturing techniques that economics stack. 또한 소형화와 집적화를 동시에 구현하기 위해서는 고도의 정밀성과 재현성을 동시에 가지는 기술이 필요하다. In addition, this technique has a high degree of precision and repeatability at the same time is needed to implement the miniaturization and integration at the same time.

따라서 이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정확성, 재현성, 물성향상, 박막화를 이룰 수 있는 새로운 전기화학적 셀의 제조방법과, 그 요소소재 및 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지를 제공하는데 있다. Thus this aspect of the present invention, accuracy, there is provided a method of manufacturing a new electrochemical cell that can achieve reproducibility, improved physical properties, and a thin film, the element material and thus the solid oxide fuel cell prepared by.

상기한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 전기화학적 셀의 제조방법은, (a) 전기화학적 셀의 요소소재를 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 페이스트화여 준비하는 단계; Method of manufacturing an electrochemical cell according to the present invention for achieving the above described technical problem is, (a) the step of preparing paste hwayeo to be ejected by the element material in the electrochemical cell in ROBO dispenser; (b) 상기 요소소재 페이스트를 로보 디스펜싱에 의해 패터닝 할 기판을 제조하는 단계; (B) step of the element material paste to prepare a substrate to be patterned by a robotic dispensing; 및 (c) 상기 기판위에 상기 요소소재 페이스트들을 로보 디스펜싱에 의해 직접묘화하여 패터닝하는 단계를 구비하고, 상기 요소소재 페이스트의 로보 디스펜싱시 유동동안의 전단속도가 10 내지 100 s -1 의 범위이고 점성계수가 5000 내지 45000 mPa·s 의 범위인 것을 특징으로 한다. And (c) the range of the elements of the material paste is directly imaged by the robotic dispensing by having a step of patterning, and the shear rate for when robotic dispensing of the element material paste flow from 10 to 100 s -1 over the substrate and that viscosity is in the range of 5000 to 45000 mPa · s is characterized.

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상기 전기화학적 셀의 요소소재에 대하여 15~20 vol%의 페이스트용 용매와 5~10 wt%의 결합제를 첨가하여 페이스트화한 것이 바람직하다. With respect to the element material of the electrochemical cell is preferably a screen paste by adding a binder of paste, 15 ~ 20 vol% solvent, and 5 ~ 10 wt% for the.

여기서 상기 전기화학적 셀은 고체산화물 연료전지이고 상기 요소소재는 연료극 소재, 전해질 소재, 공기극 소재일 수 있다. Wherein the electrochemical cell may be a solid oxide fuel cell and the fuel electrode material is the element material, the electrolyte material, the cathode material.

상기 연료극 소재는 40 vol% 이트리아 안정화 지르코니아 분말이 함유된 NiO분말과, 15~20 vol%의 페이스트용 용매와, 5~10 wt%의 결합제를 함유하는 것이 바람직하다. The fuel electrode material is 40 vol% NiO powder and is preferably a yttria stabilized zirconia-containing powder, containing a binder and 15 to 20 vol% of a solvent for the paste, 5 ~ 10 wt%.

상기 전해질 소재는 이트리아 안정화 지르코니아 분말과, 15~20 vol%의 페이스트용 용매와, 5~10 wt%의 결합제를 함유하는 것이 바람직하다. The electrolyte material is preferably containing a yttria stabilized zirconia powder and, the binder and 15 to 20 vol% of a solvent for the paste, 5 ~ 10 wt%.

상기 공기극 소재는 (La,Sr)MnO 3 분말과, 15~20 vol%의 페이스트용 용매와, 5~10 wt%의 결합제를 함유하는 것이 바람직하다. The cathode material preferably contains a (La, Sr) MnO 3 powder, and 15 ~ 20 vol% of a solvent for the paste, the binder of 5 ~ 10 wt%.

상기 기판은 40% 기공률을 갖는 다공성 부분 안정화 지르코니아 지지체로 제조되는 것이 바람직하다. The substrate is preferably made of a partially stabilized zirconia porous support having a porosity of 40%. 상기 기판은 부분 안정화 지르코니아 분말을 열경화성 결합제와 혼합하여 과립화하고, 이를 소정 크기의 원통 형상으로 열간 가압하여 성형하고, 소정 온도에서 가소결하여 제조하는 것이 바람직하다. The substrate granulating the partially stabilized zirconia powder is mixed with a thermosetting binder, it is molded by hot pressing into a cylindrical shape having a predetermined size, it is preferably prepared by calcining at a given temperature results.

상기 (c) 단계는 (c1) 상기 기판 위에 컴퓨터로 제어되는 디스펜서를 이용하여 상기 연료극 페이스트를 직접묘화하여 연료극 패턴을 형성하는 단계; Wherein the step (c) to form a fuel-electrode pattern by direct drawing of the fuel electrode paste using a dispenser is controlled by a computer on the substrate (c1); (c2) 상기 연료극 패턴 위에 상기 디스펜서를 이용하여 상기 전해질 페이스트를 직접묘화하여 적층하는 단계; (C2) depositing by direct drawing of the electrolyte paste using the dispenser over the fuel electrode pattern; (c3) 상기 기판, 연료극, 전해질층을 소정 온도에서 소성하는 단계; (C3) to a predetermined firing temperature in the substrate, the fuel electrode, an electrolyte layer; (c4) 상기 전해질층 위에 상기 디스펜서를 이용하여 상기 공기극 페이스트를 직접묘화하여 공기극 패턴을 형성하고 소정 온도에서 소성하는 단계; (C4) forming an air electrode by direct drawing pattern for the air electrode paste using the dispenser over the electrolyte layer, and baked at a predetermined temperature; 및 (c5) 상기 연료극과 상기 공기극을 도전성 접속제로 연결하는 단계를 구비하는 것이 바람직하다. And (c5) preferably includes the step of connecting the fuel electrode and the air electrode conductive connecting zero.

상기한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 전기화학적 셀의 요소소재 페이스트는 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 유동동안의 전단속도가 10 내지 100 s -1 이고 점성계수가 5000 내지 45000 mPa·s 인 것을 특징으로 한다. Element material paste of the electrochemical cell according to the present invention for achieving the above-mentioned technical problem is that the shear rate during the flow from 10 to 100 s -1 to be discharged by the ROBO dispenser in that the viscosity is from 5000 to 45000 mPa · s It characterized.

상기 요소소재 페이스트는 상기 전기화학적 셀의 요소소재에 대하여 15~20 vol%의 페이스트용 용매와 5~10 wt%의 결합제를 첨가하여 페이스트화한 것이 바람 직하다. The element material paste is preferable that a wind screen paste by adding a binder of paste, 15 ~ 20 vol% solvent, and 5 ~ 10 wt% for the component with respect to the material of the electrochemical cell.

여기서 상기 전기화학적 셀은 고체산화물 연료전지이고 상기 요소소재는 연료극 소재, 전해질 소재, 공기극 소재일 수 있다. Wherein the electrochemical cell may be a solid oxide fuel cell and the fuel electrode material is the element material, the electrolyte material, the cathode material.

상기 연료극 소재는 40 vol% 이트리아 안정화 지르코니아 분말이 함유된 NiO 분말과, 15~20 vol%의 페이스트용 용매와, 5~10 wt%의 결합제를 함유하는 것이 바람직하다. The fuel electrode material is 40 vol% NiO powder and is preferably a yttria stabilized zirconia-containing powder, containing a binder and 15 to 20 vol% of a solvent for the paste, 5 ~ 10 wt%.

상기 전해질 소재는 이트리아 안정화 지르코니아 분말과, 15~20 vol%의 페이스트용 용매와, 5~10 wt%의 결합제를 함유하는 것이 바람직하다. The electrolyte material is preferably containing a yttria stabilized zirconia powder and, the binder and 15 to 20 vol% of a solvent for the paste, 5 ~ 10 wt%.

상기 공기극 소재는 (La,Sr)MnO 3 분말과, 15~20 vol%의 페이스트용 용매와, 5~10 wt%의 결합제를 함유하는 것이 바람직하다. The cathode material preferably contains a (La, Sr) MnO 3 powder, and 15 ~ 20 vol% of a solvent for the paste, the binder of 5 ~ 10 wt%.

본 발명에 의한 고체산화물 연료전지는 상기 로보 디스펜싱용 요소소재 페이스트를 이용하여 상기 전기화학적 셀 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 한다. The solid oxide fuel cell according to the invention is characterized in that the element using the material paste for the robotic dispensing manufactured by the method for producing the electrochemical cell.

본 발명의 기본적인 목표는 다종소재의 적층 구조가 요구되어지는 다양한 전기 화학적 셀의 소형화와 집적화를 동시에 구현하기 위하여 구성소재의 물성향상과 구성요소의 박막화(두께감소)가 가능하고 경제성 있는 스택의 제조기술을 제공하는 것이다. The basic goal is to manufacture the configured stack available and economical thinning of the physical property improvement and the components of the material (decrease in thickness) in order to implement the miniaturization and integration of various electrochemical cell which has a laminated structure of multiple-kind material is required at the same time according to the present invention to provide the technology. 또한 단순한 형상의 대면적 전극을 성형하는데는 적합하였지만 미세한 형상을 필요로 하는 복잡한 형상의 셀 제작에는 용이하지 못하였던 기존의 제조 방법 들을 대신하는 새로운 기술을 제공하는 것이다. In addition, to provide new technologies to replace the conventional production method is suitable but who do not facilitate the production of complex shapes, the cell requiring a fine shape for forming a large-area electrode of simple shape.

이러한 목표를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 전기 화학적 셀의 구성요소인 다종소재를 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 페이스트화 하고, 로보 디스펜싱에 의해 요소소재 페이스트를 기판상에 직접묘화하여 다종소재의 적층 구조가 요구되어지는 다양한 전기 화학적 셀을 제조하는 것이다. Feature of the present invention for achieving these goals is the wide material by electrochemical component of Chemistry paste the wide material to be discharged by the ROBO dispenser of cells, robo display rendering directly the element material paste by the substrate fencing to prepare a variety of electrochemical cells to be laminated structure is required.

본 발명은 이러한 다종소재의 적층구조가 요구되어지는 전기화학적 셀의 구체적인 실시예로서 고체산화물 연료전지를 중심으로 설명한다. The invention will be described as a specific embodiment of an electrochemical cell which is a laminate structure of the multiple-kind material is required around the solid oxide fuel cell.

도 2는 본 발명의 전기 화학적 셀을 제조하는데 사용되는 로보 디스펜서의 개략적인 구조도로서, 페이스트 토출부(6), 로보 디스펜서 하판(7), 로보 디스펜서 암(8), 공압 조절기(10), 로보 디스펜서 제어용 컴퓨터(11)을 구비한다. 2 is a schematic structural diagram of a robotic dispenser used for producing the electrochemical cells of the present invention, the paste ejection section 6, a robotic dispenser lower plate 7, a ROBO dispenser arm 8, a pneumatic regulator 10, Robo It includes a dispenser control computer 11.

하판(7)은 컴퓨터(11)에 의해 제어되어 전후가 이동된다. A lower plate (7) it is controlled by the computer 11 is moved forward and backward.

로보 디스펜서 암(8)은 컴퓨터(11)에 의해 제어되어 좌우가 이동된다. ROBO dispenser arm 8 is moved right and left is controlled by the computer 11.

페이스트 토출부(6)는 컴퓨터(11)에 의해 상하 이동되며, 컴표터(11)에 의해 제어되는 공압 조절기(10)의 공압에 의해 노즐을 통하여 페이스트를 토출한다. Paste ejection unit 6 discharging the paste through the nozzle by air pressure of the pneumatic regulator 10 is controlled by a vertical movement and, pyoteo compartment 11 by the computer 11.

본 발명은 다공성 지지체(9) 위에 컴퓨터(11)로 제어되는 도 2의 로보 디스펜서를 이용하여 연료전지의 요소소재 페이스트를 직접묘화 방식으로 토출하여 전기 화학적 셀을 제조한다. The present invention is discharged to the porous support (9), the element material paste of the fuel cell using the ROBO dispenser of Figure 2 controlled by the computer 11 on the direct drawing method to prepare an electrochemical cell.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의해 제조된 집적형 소형 고체산화물 연료전지의 개략적인 구조도로서, 연료극(anode, 1), 전해질(electrolyte, 2), 공기극(cathode, 3), 접속제(interconnect, 4), 다공성 지지체(substrate, 5)를 구 비한다. 1 is a schematic structural diagram of an integrated compact solid oxide fuel cell prepared by the preferred embodiment of the invention, a fuel electrode (anode, 1), electrolyte (electrolyte, 2), the air electrode (cathode, 3), connected to the to obtain the ratio (interconnect, 4), the porous support (substrate, 5).

도 1의 고체산화물 연료전지를 제조하기 위하여 먼저 고체산화물 연료전지의 요소소재인 연료극(1) 소재, 전해질(2) 소재, 공기극(3) 소재를 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 페이스트화한다. To Figure 1 of the solid oxide fuel cell of the first material component of the solid oxide fuel cell in order to prepare a fuel electrode (1) material, an electrolyte (2) material, the air electrode (3) and screen material paste to be discharged by the robotic dispensers. 요소소재의 페이스트화의 최적 실시예에 대하여는 제조예 2에서 상세히 설명하기로 한다. It will be described in detail in Preparation Example 2 with respect to the best embodiment of the screen of the element material paste.

그리고, 고체산화물 연료전지의 기판(5)을 제조한다. And, to prepare a substrate (5) of the solid oxide fuel cell. 기판(5)은 예컨대 40% 기공율의 부분 안정화 지르코니아(3 mol% Y2O3-partially stabilized ZrO2, 이하 PSZ) 다공성 지지체로 제조될 수 있다. Substrate 5 may be made for example to 40% of the partially stabilized zirconia having a porosity (3 mol% Y2O3-partially stabilized ZrO2, less PSZ) a porous support. 기판 제조의 최적 실시예에 대하여는 제조예 1에서 상세히 설명하기로 한다. It will be described in detail in Preparation Example 1 with respect to the best embodiment of the substrate preparation.

그리고 준비된 기판(5, 도 2의 9)위에 요소소재 페이스트들을 로보 디스펜싱에 의해 직접묘화하여 연료전지의 요소들을 패터닝한다. And directly imaged by the element material paste on a prepared substrate (5, 9 in Fig. 2) to the robotic dispensing patterned elements of the fuel cell.

도 1 및 도 2를 참조하여 로보 디스펜싱에 의해 연료전지의 요소들을 패터닝하는 과정을 설명하면, 먼저 컴퓨터(도 2의 11)로 제어되는 로보 디스펜서를 이용하여 준비된 기판(5) 위에 연료극 페이스트를 직접묘화하여 연료극층(1)을 4줄을 형성시킨다. Referring to the process of FIG patterning the elements of the fuel cell by a robotic dispensing by 1 and to Figure 2, the first using a robotic dispenser is controlled by computer (FIG. 2 of 11), the anode paste onto a substrate (5) prepared a fuel electrode layer (1), to direct drawing to form a four-line. 그리고 형성된 연료극층(1) 위에 전해질 페이스트를 토출하여 연료극층(1)의 약 2/3을 덮도록 4줄의 전해질층(2)을 적층한다. And by discharging the electrolyte paste on the fuel electrode layer (1) is formed is laminated to the electrolyte layer (2) of the four lines so as to cover about two-thirds of the fuel electrode layer (1). 그리고 기판(5), 연료극층(1), 전해질층(2)을 소정 온도에서 소성한다. And it is fired to the substrate 5, a fuel electrode layer (1), an electrolyte layer (2) at a given temperature. 그리고 전해질층(2) 위에 공기극 페이스트를 직접묘화하여 공기극층(3)을 형성하고 소정 온도에서 소성한다. And by direct drawing the air electrode paste on the electrolyte layer (2) forming the air electrode layer 3, and is fired at a given temperature. 그리고 형성된 연료극층(1)과 공기극층(3)을 도전성 접속제(4)로 연결하여 고체산화물 연료전지를 완성한다. And connecting the anode layer 1 and the air electrode layer 3 formed of an electrically conductive connection (4) to complete the solid oxide fuel cell. 로보 디스펜싱에 의한 고체산화물 연료전지의 제조방법의 최적 실시예에 대하여는 제조예 3에서 보다 상세히 설명하기로 한다. It will be described in more detail with respect to manufacture robo display best embodiment of the method of manufacturing the solid oxide fuel cell according to Example 3 fencing.

고체산화물 연료전지의 요소소재는 작동온도에 따라 사용되는 전극 물질 및 전해질 물질이 달라지게 된다. Element of the solid oxide fuel cell materials will vary the electrode material and the electrolyte material used in accordance with the operating temperature. 800 ℃ ~ 1000 ℃의 비교적 고온의 작동온도인 경우 이트리아 안정화 지르코니아를 기반으로 하는 전해질과 NiO 분말을 기반으로 하는 연료극 그리고 (La,Sr)MnO 3 분말을 기반으로 하는 공기극을 주로 사용한다. If the operating temperature of the relatively high temperature of 800 ℃ ~ 1000 ℃ uses yttria fuel electrode based on the electrolyte and an NiO powder as the air electrode and the stabilized zirconia-based as (La, Sr) MnO 3 powder based mainly. 800 ℃ 이하의 비교적 저온의 작동온도인 경우 가돌리니아가 10 mol% 도핑된 세리아(GDC,Gadolinium Dopped Ceria)를 기반으로 하는 전해질과 NiO 분말을 기반으로 하는 연료극 그리고 LSCF (La,Sr,Co,Fe,O) 분말을 기반으로 하는 공기극을 주로 사용한다. The case of comparatively operating temperature of a low temperature of less than 800 ℃ dolrini agar 10 mol% anode of doped ceria-based electrolyte and NiO powder which is based on (GDC, Gadolinium Dopped Ceria) and LSCF (La, Sr, Co, Fe , an air electrode that is based on the O) powder is often used. 이외에도 고체산화물 연료전지의 요소 소재용 물질로는 여러 가지가 있을수 있고 이와 같은 고체 산화물 연료전지의 요소소재에 대한 개발 연구가 현재 많은 곳에서 이루어 지고 있다. In addition to the development of research on the material elements of the solid oxide fuel cell, such as a material for components of solid oxide fuel cell materials and several have been made iteulsu this is currently a lot of places. 당업자라면 본 발명의 실시예에서 설명한 고체산화물 연료전지의 요소소재 이외의 다양한 소재도 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 페이스트화할 수 있고, 본 발명에 따라 로보 디스펜싱에 의해 직접묘화하여 전기화학절 셀을 제조할 수 있음을 이해할 것이다. Those skilled in the art can hwahal paste to be ejected by the various materials is also ROBO dispenser other than the component material of the solid oxide fuel cell described in the embodiment of the present invention, the electrochemical section cells by direct drawing by robotic dispensing in accordance with the invention it will be appreciated that it is possible to manufacture.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. It will be described the present invention to the following examples in detail. 이러한 실시예들은 단지 본 발명의 설명을 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. These embodiments are intended for illustration only of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

제조예 1 : PSZ 다공성 지지체의 제조 Preparation Example 1 Preparation of the porous support PSZ

높은 기공률과 높은 기계적 강도의 상반되는 요구조건을 동시에 만족시키는 다공성 지지체를 구현하기 위하여 열경화성 결합제를 기공 형성제로 사용하였으며, 그 구체적인 제조공정은 다음과 같다. It was used as a thermosetting binder, a pore forming agent in order to implement the porous support to meet a high porosity and conflicting requirements of high mechanical strength which at the same time, the specific manufacturing process is as follows.

부분 안정화 지르코니아는 먼저 1000 ℃에서 2시간 동안 하소(calcination)하여 불순물들을 제거한 후 열경화성 결합제와 함께 습식볼밀링(ball-milling)을 하여 완전히 혼합하였다. Partially stabilized zirconia is first calcined and then (calcination) for 2 hours at 1000 ℃ removal of impurities by a wet ball mill (ball-milling) with a thermosetting binder mixed thoroughly. 혼합된 분말을 액상응결법(Liquid Condensation Process : LCP)으로 과립화 시킨후 35 ㎜의 직경을 가지는 원통모양의 몰드를 이용하여 100 ℃의 온도에서 8 MPa의 압력으로 열간 가압하여 성형하였다. The mixed powder liquid condensation method: was formed by (Liquid Condensation Process LCP) as a granulation to 8 MPa of pressure at a temperature of 100 ℃ using a cylindrical mold having a diameter of 35 ㎜ after hot pressing.

상기 열간 가압하여 제조된 성형체는 열경화성 결합제를 제거하기 위하여 분당 2 ℃의 승온 속도로 600 ℃에서 2시간 동안 열처리하고 1350 ℃에서 3시간 동안 소결하여 소결체를 얻었다. The hot-pressed to manufacture molded products by a per minute rate of temperature rise of 2 ℃ to remove the thermosetting binder heat-treated for 2 hours at 600 ℃ and sintered at 1350 ℃ for 3 hours to obtain a sintered body. 제조된 지지체의 기공율은 아르키메데스 방법(Archimedes Method)과 수은침투법으로 측정하였고 가스투과율에 대하여도 분석하였다. The porosity of the obtained support was measured by the Archimedes method (Archimedes Method) and the mercury penetration method were also analyzed with respect to gas permeability. 지지체의 기계적 특성은 시편을 3× 4× 30 ㎜가 되도록 가공한 후, 강도측정기를 이용하여 측정하였다. Mechanical properties of the support is then machined so that the specimen 3 × 4 × 30 ㎜, was measured with a strength tester.

다음 표 1은 실시예 1에 의해 제조된 지지체의 특성 측정 결과를 나타낸다. The following Table 1 shows the measurement results of the properties of the support prepared by the first embodiment. 그리고 도 3은 표 1의 지지체의 미세사진구조를 나타낸다. And Figure 3 shows a microscopic picture of the structure of the support table 1.

평균 기공크기 The mean pore size 1 ㎛ 1 ㎛
기공율 Porosity 40 % 40%
가스투과율 (Permeability constant) Gas permeability (Permeability constant) 3.69×10 -12 3.69 × 10 -12
강도 burglar 98 MPa 98 MPa

표 1과 도 3을 참조하면 본 실시예에 의한 지지체는 1 ㎛ 내외의 크기를 갖는 미세한 기공들이 매우 균질하게 열린 기공들로서 분포되어 40%의 기공율을 형성하면서도 98 MPa의 높은 기계적인 강도를 보여주고 있음을 알 수 있다. Table 1 Referring to Figure 3 the support according to the present embodiment is distributed as open fine pores are very homogeneous pores having a size of around 1 ㎛ shows a high mechanical strength, while 98 MPa to form a porosity of 40% that is the unknown. 이것은 연료극으로의 원활한 가스공급을 해줄 수 있을 뿐만 아니라 단전지의 성능 평가시에 필요로 하는 1~10 MPa의 압력보다 월등한 값을 나타내었다. Which it showed a value superior to the pressure of 1 ~ 10 MPa in need during the performance evaluation of not only give a smooth gas supply to the anode unit cell.

후술할 실제로 로보 디스펜싱에 의해 연료전지를 제조하는 공정(제조예 3)에서는 상기 열간 가압하여 제조된 성형체를 1100~1200 ℃의 온도범위에서 가소결한 상태의 지지체를 투입하여, 그 위에 연료전지 요소소재들을 로보 디스펜싱에 의해 직접묘화하는 공정이 진행되게 된다. Process for producing a fuel cell by the fact robotic dispensing, which will be described later (Preparation example 3) by putting the support of the integral state calcining the molded body produced by the hot pressing in a temperature range of 1100 ~ 1200 ℃, the fuel cell element thereon, the process of drawing directly on the material by the robotic dispensing is to be conducted.

제조예 2 : 연료전지 요소소재의 페이스트 제조 Preparation Example 2: Preparation of paste fuel cell component materials

먼저, 연료극의 재료로는 NiO와 이트리아 안정화 지르코니아(8 mol% Y2O3 -stabilized ZrO2, 이하 YSZ) 분말을 중량비가 56 : 44가 되도록 준비한다. First, in the fuel electrode material is a weight ratio of 56 to NiO and yttria stabilized zirconia (8 mol% Y2O3 -stabilized ZrO2, hereinafter YSZ) powder: is prepared such that 44. 그리고 전해질 재료로는 YSZ 단일 성분으로 구성하여 제조하였다. And as the electrolyte material was prepared by a single component composed of YSZ. 양극은 순수한 (La,Sr)MnO3(이하 LSM)을 원료로 사용하여 페이스트를 제조하였고 그 구체적인 제조공정은 다음과 같다. The anode of pure (La, Sr) MnO3 (LSM hereinafter) was prepared to a paste used as a raw material As a specific manufacturing process is as follows.

각각의 연료전지 요소 소재용 분말에 페이스트용 용매로서 α-테르피네올(α-terpineol)을 15~20 vol%의 비율로 첨가 한 후 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose)인 바인더를 분말 질량비로서 5~10 wt% 첨가하고 가소제(Plasticizer)로서 Di-n-buthalate를 분말 질량비로서 5 wt%와 분산제(Dispersant)로서 KD-1을 분말 질량비로서 2 wt%를 첨가하여 지르코니아 볼과 테프론(Teflona TM, Dupont社) 통을 이용하여 250 rpm 에서 24시간 동안 유성볼밀링(Planetary milling)을 통하여 혼합, 분쇄하여 제작하였다. As a solvent for the paste to each of the fuel cell component material powder for α- terpineol (α-terpineol) by 15 to 20 was added at a rate of vol% of ethyl cellulose as a powder mass ratio of the binder (Ethyl Cellulose) 5 ~ 10 added wt% and to the KD-1 as 5 wt% and a dispersant (dispersant) the Di-n-buthalate as a plasticizer (plasticizer) as the powder mass ratio was added to 2 wt% as a powder weight ratio of zirconia balls with a Teflon (Teflona TM, Dupont 社) at 250 rpm using a tube for 24 hours, mixed through the planetary mill (planetary milling), ball, was prepared by grinding. 페이스트의 유동특성은 콘-플레이트(Cone-Plate) 타입의 점도계를 이용하여 측정하였다. Flow properties of the paste are cone was measured using a plate (Cone-Plate) type viscometer. 도 4는 그 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the measurement result.

로보 디스펜싱 공정에서 사용되는 페이스트의 점성계수는 일반적으로 스크린 인쇄 공정에서 사용되는 페이스트의 점성계수보다 낮다. The viscosity of the paste used in the robotic dispensing process is generally lower than the viscosity of the paste used in the screen printing process. 스크린 인쇄법에서는 스크린을 통한 유동 동안의 전단속도가 100~1000 s - 1 이고, 이에 대한 페이스트의 점성계수는 70,000~150,000 mPa·s 정도이다. In screen printing a shear rate of flow through the screen during the 100 ~ 1000 s - 1, and viscosity of the paste for this is on the order of 70,000 ~ 150,000 mPa · s. 이러한 스크린 인쇄법에서의 페이스트는 내경 210 ㎛를 갖는 로보 디스펜서의 노즐에서는 토출하기 어렵다. The paste in the screen printing method, it is difficult to discharge in the ROBO dispenser nozzle having an inner diameter 210 ㎛.

로보 디스펜싱에서는 내경 210 ㎛, 길이 10 ㎜를 갖는 노즐을 통한 페이스트의 유동 동안의 전단 속도가 10~100 s - 1 이고, 이 전단속도에 대한 페이스트의 점성계수는 보통 5,000~45,000 mPa·s 를 필요로 하게 된다. Robo dispensing the shear rate is 10 ~ 100 s for the inner diameter 210 ㎛, the paste through the nozzle length having a 10 ㎜ flow-1, and the viscosity is usually 5,000 ~ 45,000 mPa · s of the paste on the shear rate It is needed. 이와 같은 결과를 바탕으로 제작된 로보 디스펜싱용 연료전지 요소소재 페이스트들의 유동특성을 도 4에 나타내었다. As the flow properties of the fabricated based on the same result Robo dispensing fuel cell component material paste are shown in Fig.

제조예 3 : 연료전지 요소소재의 디스펜싱 작업을 통한 형상화 Preparation Example 3: shaping through the dispensing operation of the fuel cell component materials

본 발명의 제조예에서는 연료전지 소재의 직접묘화 방식에 대한 공정변수를 최적화 시키기 위하여 제조된 연료극 페이스트와 전해질 페이스트를 사용하여 제조되어진 다공성 지지체위에 로보 디스펜서를 이용하여 각각 단일 라인 드로잉 작업을 수행하였다. In the preparation of the present invention were each performing a single-line drawing operation using a robotic dispenser on a porous support been prepared using the anode paste and the electrolyte paste prepared so as to optimize the process parameters for the direct drawing method of a fuel cell material. 또한 본 발명의 제조예에서는 디스펜싱 공정시 노즐과 기판사이의 간격은 노즐의 내경이 0.2 ㎜인 경우 0.1 ㎜로 고정 시킨 후, 노즐의 이동속도를 0.122 ㎜/s부터 12.2 ㎜/s 까지, 공압레벨을 0.05 torr부터 0.7 torr까지, 마지막으로 페이스트의 점도를 다양하게 변화시키는 등의 변수를 각각 적용하여 디스펜싱 함으로서 새로운 공정기술에 대한 여러 가지 변수들을 최적화하는 작업을 수행하였다. In addition, the preparation of the present invention, the dispensing process when from interval, the movement speed 0.122 ㎜ / s of the nozzle was fixed at 0.1 ㎜ when the inner diameter of the nozzle is 0.2 ㎜ between the nozzle and the substrate to 12.2 ㎜ / s, pneumatic a level from 0.05 torr to 0.7 torr, and finally applied to the respective variables such as to vary the viscosity of the paste to perform the operation of optimizing a number of variables for the new process technology by dispensing.

본 제조예에서는 제조예 1에 의해 가소결한 상태로 준비된 다공성 PSZ 지지체 위에 컴퓨터로 xy 축과 z축의 3차원 움직임이 제어되고 토출압력이 제어되는 로보 디스펜서(도 2)를 사용하여 제조예 2에 의해 준비된 연료전지 요소소재 페이스트들을 0.21 ㎜의 내경을 가지는 노즐로 노즐과 기판사이의 사이간격을 0.1 ㎜를 유지하고 0.05 torr의 압력으로 1.22 ㎜/s의 속도로 움직이면서 토출하였다. In the present manufacturing example uses ROBO dispenser (Fig. 2) which is porous PSZ a three-dimensional movement xy axis and the z axis to the computer on the support control and the discharge pressure control prepared by calcining an integral state by Production Example 1 by the manufacturing example 2 between the spacing between the prepared fuel cell component material paste, the nozzle and the substrate to a nozzle having an inner diameter of 0.21 ㎜ was maintained at 0.1 ㎜ and discharging while moving in 1.22 ㎜ / s rate to a pressure of 0.05 torr.

먼저 연료극 페이스트를 길이 10 ㎜, 선폭 1 ㎜, 사이간격 1 ㎜ 가 되도록 각각 4개의 선을 디스펜싱한 후에 건조하고 전해질 페이스트를 전해질 페이스트를 연료극 라인 중심에서 20 ㎛의 사이 간격을 두고 길이 15 ㎜, 선폭 1.5 ㎜가 되도록 적층하였다. First, the anode paste length 10 ㎜, line width 1 ㎜, with the separation between 1 ㎜ that each of the four lines of dispensing a gap between the 20 ㎛ dry, electrolyte for electrolytic paste paste anode in line center after that length 15 ㎜, the line width was laminated so that the 1.5 ㎜. 연료극/전해질/지지체 구조물은 600 ℃에서 2시간 동안 열처리 하여 유기물을 휘발시키고 1350 ℃에서 3시간 동안 동시소결 하였다. Anode / electrolyte / support structure was volatilized organics by the two-hours' heat treatment at 600 ℃ and sintered simultaneously at 1350 ℃ for 3 hours. 소결이 끝난 후 양극층을 같은 방법으로 각각 전해질층들 위에 길이 10㎜, 선폭 1㎜로 디스펜싱 한 후 1200 ℃에서 1시간 동안 소결하여 모든 연료전지 요소 소재가 디스펜싱 제조방법에 의하여 직접묘화된 집적형 소형 고체산화물 연료전지의 단전지를 제작하였다. Thereafter the sintered length on each of the electrolyte layer in the same way to the anode ended 10㎜, all the fuel cell component materials after dispensing in a line width 1㎜ by sintering for 1 hour at 1200 ℃ discharge direct drawing method by a fencing the integrated unit cells was fabricated on a small solid oxide fuel cell. 제조 완성된 각 연료전지의 단전지들은 금 접속제 페이스트를 사용하여 연료극과 바로 옆에 있는 단전지의 공기극을 디스펜싱 방법으로 미세 패터닝 하여 접속해 주었다. It gave connect to the air electrode of the unit cell, which unit cell jideuleun using the gold paste of the connection, each fuel cell is manufactured completion next fuel electrode and immediately micro-patterned in a dispensing method.

도 5는 선모양으로 완성된 4개의 단전지중 한 단전지의 단면 미세구조에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 것이다. 5 shows an electron micrograph of the cross-sectional microstructure of a unit cell of the four unit cells complete line shape. 도 5의 오른쪽 확대사진을 참조하면 연료극(anode)과 공기극(cathode)의 다공성 구조와 전해질(eletrolyte)의 치밀한 구조를 갖는 단전지의 미세구조가 계면 결함없이 높은 정확성과 재현성을 가지고 제조되었음을 알 수 있다. Referring to the right-up photo of 5 the microstructure of a unit cell having a compact structure of the porous structure and the electrolyte (eletrolyte) of the fuel electrode (anode) and an air electrode (cathode) be seen that the manufacture with a high accuracy and reproducibility without surface defects have.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. Optimum embodiments have been described in the above drawings and specification. 여기서 사용된 특정한 용어나 수치들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. The specific terms and figures used herein are not an It is used to limit the scope of the invention as set forth in the limited sense geotyiji and claims used for the purpose of illustrating the invention only. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Therefore, those skilled in the art will appreciate the various modifications and equivalent embodiments are possible that changes therefrom. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Therefore, the true technical protection scope of the invention as defined by the technical spirit of the appended claims.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 식각법, 스크린 프린팅법, 테이프 캐스팅법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법등에 비하여 구성소재의 물성향상, 공정상 높은 재현성과 정확성에 의한 소형화와 집적화, 경제성, 간단한 공정, 저비용, 친 환경적으로 다종소재의 적층 구조가 요구되어지는 센서, 밧데리, 촉매반응기, 연료전지 등의 다양한 전기 화학적 셀을 직접묘화 방식으로 간단하게 제작할 수 있고, 그 공정상의 특징으로 인해 생산성과 재현성 및 타 기술로의 이식성과 확장성이 우수하다. According to the invention as described above, the conventional etching method, a screen printing method, a tape casting method, sputtering method, improved physical properties of the component used in comparison or the like electron beam evaporation, miniaturization and integration of the process the high reproducibility and accuracy, economical, simple process, low cost, environmentally friendly in the laminated structure of the wide material can be produced simply by is that the sensor, a battery, a catalytic reactor, a variety of electrochemical cell to direct drawing method of a fuel cell, such as required, and productivity due to a feature of the the process and the portability and scalability of a reproduction and other skills are excellent.

본 발명에서 구체적인 실시의 예에서 제작된 집적형 소형 고체 산화물 연료전지는 종래의 고체산화물 연료전지 제조 방법인 스크린 인쇄법이나 테이프 캐스팅법이 가지고 있는 소형화와 재현성 정밀성등의 한계점을 기판에 직접 묘화 방식으로 제품을 성형시킬 수 있는 로보 디스펜싱법을 이용함으로써 제조상의 경제성 및 높은 재현성과 정밀성 그리고 초소형화에 있어서 현저한 향상을 기대할 수 있다. The integrated compact solid oxide fuel cell is a conventional solid oxide fuel cell manufacturing method of screen printing or tape casting method is smaller and reproducible direct the limitations such as precision substrate rendering manner with Production Example of specific embodiments in the present invention by using a robotic dispensing method capable of molding the products it can be expected a significant improvement in the economy of manufacturing, and high reproducibility and precision and miniaturization.

Claims (17)

  1. 삭제 delete
  2. (a) 전기화학적 셀의 요소소재를 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 페이스트화여 준비하는 단계; Comprising the steps of: (a) preparing a paste hwayeo to be ejected by the element material in the electrochemical cell in ROBO dispenser;
    (b) 상기 요소소재 페이스트를 로보 디스펜싱에 의해 패터닝 할 기판을 제조하는 단계; (B) step of the element material paste to prepare a substrate to be patterned by a robotic dispensing; And
    (c) 상기 기판위에 상기 요소소재 페이스트들을 로보 디스펜싱에 의해 직접묘화하여 패터닝하는 단계를 구비하고, (C) comprises the step of patterning and direct drawing by robotic dispensing the elements paste material on the substrate,
    상기 요소소재 페이스트의 로보 디스펜싱시 유동동안의 전단속도가 10 내지 100 s -1 의 범위이고 점성계수가 5000 내지 45000 mPa·s 의 범위인 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. Preparation of the electrochemical cell according to the Robo dispensing, characterized in that a shear rate in the range of 10 to 100 s -1 is in the range of a viscosity from 5000 to 45000 mPa · s during the during robotic dispensing of the element material paste flow Way.
  3. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 전기화학적 셀의 요소소재에 대하여 15~20 vol%의 페이스트용 용매와 5~10 wt%의 결합제를 첨가하여 페이스트화한 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. The method of electrochemical cells by the robotic dispensing, characterized in that the paste screen by adding a binder of paste, 15 ~ 20 vol% solvent, and 5 ~ 10 wt% for the component with respect to the material of the electrochemical cell.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기화학적 셀은 고체산화물 연료전지이고 4. The method of claim 3 wherein the electrochemical cell is a solid oxide fuel cell, and
    상기 요소소재는 연료극 소재, 전해질 소재, 공기극 소재인 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. The element material The method of manufacturing an electrochemical cell according to the robotic dispensing, characterized in that anode material, electrolyte material, the cathode material.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연료극 소재는 The method of claim 4, wherein the fuel electrode material is
    40 vol% 이트리아 안정화 지르코니아 분말이 함유된 NiO 분말인 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. 40 vol% The method for producing an electrochemical cell according to the Robo dispensing, characterized in that the NiO powder of yttria-stabilized zirconia powders contained.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전해질 소재는 The method of claim 4, wherein the electrolyte material is
    이트리아 안정화 지르코니아 분말인 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. The method of electrochemical cells by the robotic dispensing, characterized in that the yttria-stabilized zirconia powder.
  7. 제4항에 있어서, 상기 공기극 소재는 The method of claim 4, wherein the air electrode material is
    (La,Sr)MnO 3 분말인 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. (La, Sr) MnO 3 The method of the electrochemical cell according to the Robo dispensing, characterized in that the powder.
  8. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 기판은 40% 기공률을 갖는 다공성 부분 안정화 지르코니아 지지체인 것 을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. The substrate manufacturing method of the electrochemical cell according to the Robo dispensing, characterized in that the chain supporting portion of the porous zirconia stabilized with 40% porosity.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판은 10. The method of claim 8, wherein the substrate is
    부분 안정화 지르코니아 분말을 열경화성 결합제와 혼합하여 과립화하고, 이를 소정 크기의 원통 형상으로 열간 가압하여 성형하고, 소정 온도에서 가소결하여 제조하는 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. Granules a partially stabilized zirconia powder is mixed with a thermosetting binder screen, and this method of manufacturing an electrochemical cell according to the robotic dispensing, characterized in that for molding by hot pressing into a cylindrical shape having a predetermined size, and prepared to result plasticized at a predetermined temperature .
  10. 제4항에 있어서, 상기 (c) 단계는 The method of claim 4, wherein the step (c)
    (c1) 상기 기판 위에 컴퓨터로 제어되는 디스펜서를 이용하여 상기 연료극 페이스트를 직접묘화하여 연료극 패턴을 형성하는 단계; (C1) forming a fuel electrode pattern by direct drawing of the fuel electrode paste using a dispenser is controlled by a computer on the substrate;
    (c2) 상기 연료극 패턴 위에 상기 디스펜서를 이용하여 상기 전해질 페이스트를 직접묘화하여 적층하는 단계; (C2) depositing by direct drawing of the electrolyte paste using the dispenser over the fuel electrode pattern;
    (c3) 상기 기판, 연료극, 전해질층을 소정 온도에서 소성하는 단계; (C3) to a predetermined firing temperature in the substrate, the fuel electrode, an electrolyte layer;
    (c4) 상기 전해질층 위에 상기 디스펜서를 이용하여 상기 공기극 페이스트를 직접묘화하여 공기극 패턴을 형성하고 소정 온도에서 소성하는 단계; (C4) forming an air electrode by direct drawing pattern for the air electrode paste using the dispenser over the electrolyte layer, and baked at a predetermined temperature; And
    (c5) 상기 연료극과 상기 공기극을 도전성 접속제로 연결하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 로보 디스펜싱에 의한 전기화학적 셀의 제조방법. (C5) The method of the electrochemical cell according to the Robo dispensing comprising the step of coupling the fuel electrode and the air electrode conductive connecting zero.
  11. 로보 디스펜서에 의해 토출가능하도록 유동동안의 전단속도가 10 내지 100 s - 1 이고 점성계수가 5000 내지 45000 mPa·s 인 것을 특징으로 하는 전기화학적 셀을 요소소재 페이스트. Robo is the shear rate of the flow to be discharged by the dispenser while from 10 to 100 s - an electrochemical cell, characterized in that one and the viscosity is from 5000 to 45000 mPa · s component material paste.
  12. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11,
    상기 전기화학적 셀의 요소소재에 대하여 15~20 vol%의 페이스트용 용매와 5~10 wt%의 결합제를 첨가하여 페이스트화한 것을 특징으로 하는 전기화학적 셀의 요소소재 페이스트. Element material paste of the electrochemical cell, characterized in that the paste screen by adding a binder of paste, 15 ~ 20 vol% solvent, and 5 ~ 10 wt% for the component with respect to the material of the electrochemical cell.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전기화학적 셀은 고체산화물 연료전지이고 The method of claim 12, wherein the electrochemical cell is a solid oxide fuel cell, and
    상기 요소소재는 연료극 소재, 전해질 소재, 공기극 소재인 것을 특징으로 하는 전기화학적 셀의 요소소재 페이스트. The element component material is a paste material for an electrochemical cell, characterized in that anode material, electrolyte material, the cathode material.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연료극 소재는 The method of claim 13, wherein the fuel electrode material is
    40 vol% 이트리아 안정화 지르코니아가 함유된 NiO 분말인 것을 특징으로 하는 전기화학적 셀의 요소소재 페이스트. 40 vol% the element material paste of the electrochemical cell, characterized in that the yttria-stabilized zirconia powder, NiO is contained.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전해질 소재는 The method of claim 13, wherein the electrolyte material is
    이트리아 안정화 지르코니아 분말인 것을 특징으로 하는 전기화학적 셀의 요소소재 페이스트. Element material paste of the electrochemical cell, characterized in that the yttria-stabilized zirconia powder.
  16. 제13항에 있어서, 상기 공기극 소재는 The method of claim 13, wherein the air electrode material is
    (La,Sr)MnO 3 분말인 것을 특징으로 하는 전기화학적 셀의 요소소재 페이스트. (La, Sr) MnO 3 component material paste of the electrochemical cell, characterized in that the powder.
  17. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지. Claim 2 to claim 10 characterized in that the solid oxide fuel cell as produced according to any one of the manufacturing method of the.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001068119A (en) 1999-08-27 2001-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell and method of manufacturing its electrode
KR20030048490A (en) * 2001-12-11 2003-06-25 현대자동차주식회사 Direct coating type auto spraying system and fabrication of the high performance membrane-electrode assembly
KR20040007767A (en) * 2001-07-06 2004-01-24 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 Method for coating sealant on fuel cell separator
US20040086633A1 (en) 2002-11-04 2004-05-06 Lemmon John P. Systems and methods for the fabrication of solid oxide fuel cell components using liquid spraying
US6818134B2 (en) 2002-11-04 2004-11-16 General Electric Company Systems and methods for screening and optimization of solid oxide fuel cell materials
KR20040098678A (en) * 2003-05-15 2004-11-26 주식회사 엘지화학 The system for preparing the membrane electrode assembly for fuel cell
US20050008919A1 (en) 2003-05-05 2005-01-13 Extrand Charles W. Lyophilic fuel cell component
US6855378B1 (en) * 1998-08-21 2005-02-15 Sri International Printing of electronic circuits and components

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6855378B1 (en) * 1998-08-21 2005-02-15 Sri International Printing of electronic circuits and components
JP2001068119A (en) 1999-08-27 2001-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell and method of manufacturing its electrode
KR20040007767A (en) * 2001-07-06 2004-01-24 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 Method for coating sealant on fuel cell separator
KR20030048490A (en) * 2001-12-11 2003-06-25 현대자동차주식회사 Direct coating type auto spraying system and fabrication of the high performance membrane-electrode assembly
US20040086633A1 (en) 2002-11-04 2004-05-06 Lemmon John P. Systems and methods for the fabrication of solid oxide fuel cell components using liquid spraying
US6818134B2 (en) 2002-11-04 2004-11-16 General Electric Company Systems and methods for screening and optimization of solid oxide fuel cell materials
US20050008919A1 (en) 2003-05-05 2005-01-13 Extrand Charles W. Lyophilic fuel cell component
KR20040098678A (en) * 2003-05-15 2004-11-26 주식회사 엘지화학 The system for preparing the membrane electrode assembly for fuel cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
미국특허 제6855378호(2005.02.15) 1부

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