KR100803085B1 - 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스테인레스 강판표면에 금속 박막을 형성한 후, 세라믹 피막 코팅하고, 이를 산화 분위기에서 열처리한 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 스테인레스 강의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 고체산화물 연료전지용 금속 연결재를 제조하는 방법에 있어서, 스테인레스 강 표면에 니켈, 코발트, 망간, 백금, 금 또는 은 중 선택된 어느 하나의 금속으로 표면을 코팅하는 박막형성단계, 상기 박막형성된 스테인레스 강에 페로브스카이트 화합물로 피막 코팅하는 세라믹코팅단계 및 상기 세라믹코팅된 스테인레스 강을 산화분위기에서 열처리하는 공정마감단계로 제조되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기에서 백금, 금 또는 은 등의 귀금속이 전기 도금된 페라이트계 스테인레스 강판에 코팅한 경우에는 산화분위기에서의 열처리를 별도로 진행할 필요가 없어 제조공정을 단순화 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 고체산화물 연료전지용 금속 연결재에의 전도성 및 내산화성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 나타내었다.
연료전지, 고체산화물, 금속연결재, 페라이트계 스테인레스 강판

Description

고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조 방법{FABRICATION METHODS OF OXIDATION-RESISTED INTERCONNECT FOR SOLID OXIDE FUEL CELL}
도 1은 본 발명에 따라 니켈을 전기도금 또는 무전해도금 한 페라이트계 스테인레스강 표면에 페로브스카이트 산화물인 (La0.85Sr0.15)MnO3(LSM)을 스크린 프린팅한 후 800℃의 산화분위기에서 열처리하여 제조한 고체산화물 연료전지용 연결재 시편에 대한 SEM 사진으로서, 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포를 나타낸 사진이며,
도 2a는 도 1의 방법으로 제조한 고체산화물 연료전지용 연결재를 이용하여 운전한 고체산화물 연료전지의 수명을 측정하여 나타낸 도면이며, 도 2b는 니켈을 전기도금 또는 무전해도금 하지 아니한 채 도 1과 동일한 조건에서 제조한 고체산화물 연료전지용 연결재를 이용하여 운전한 고체산화물 연료전지의 수명을 측정하여 나타낸 도면이며,
도 3은 니켈을 전기 도금한 페라이트계 스테인레스강 표면에 페로브스카이트 산화물인 (La0.6Sr0.4)(Fe0.8Co0.2)O3(LSCF)를 스크린 프린팅한 후 800℃의 산화분위기에서 열처리한 시편에 대한 SEM 사진으로서, 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포 를 나타낸 사진이며,
도 4는 니켈을 전기 도금한 페라이트계 스테인레스강 표면에 페로브스카이트 산화물인 LSCF를 스크린 프린팅한 후 900℃의 산화분위기에서 열처리한 시편에 대한 SEM 사진으로서, 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포를 나타낸 사진이며,
도 5는 니켈을 전기도금 또는 무전해도금 한 페라이트계 스테인레스강 표면에 페로브스카이트 산화물인 LSCF를 스크린 프린팅한 후 800℃의 환원분위기에서 열처리한 시편에 대한 SEM 사진으로서, 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포를 나타낸 것이다.
본 발명은 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테인레스 강판표면에 금속계 및 귀금속계 금속 중에서 선택된 어느 하나를 코팅하여 금속 박막을 형성한 후, 세라믹 피막 코팅하고, 이를 산화 분위기에서 열처리한 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell : SOFC)의 구성요소 중의 하나인 연결재(Interconnect)는 기본적으로 한 셀의 양극과 이웃하는 셀의 음극을 전기적으로 연결하며, 셀의 구조에 따라서는 음극에 공급되는 공기와 양극에 공급되는 연료기체를 물리적으로 차단하고, 셀 표면에 각 기체들을 고르게 분포시키며, 각 기체들이 외부로 유출됨을 막는 밀봉부위를 제공하는 역할을 한다.
이러한 다양한 기능을 부여하기 위해서 고체산화물 연료전지용 연결재는 기계적 가공을 통한 복잡한 형상 형성이 필수적이므로 기계 가공이 용이한 금속 연결재가 세라믹 연결재에 비하여 우수한 특성을 가진다.
그러나, 금속 연결재는 연료전지 사용 중 고체산화물 연료전지의 작동조건인 고온의 산화분위기에서 표면에 산화물이 형성되어 전기전도도가 감소된다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 고온에서 전기전도도가 비교적 우수한 크롬계 산화물이 형성되도록 Cr2O3-former를 바탕으로 제조된 금속물질로 연결재를 제조하게 되면, 연결재의 주요 구성성분들 중 하나인 휘발성의 Cr(VI)가 전지의 공기극에서 일어나는 전기화학반응을 저해하여 전지의 성능을 저하시킨다는 모순적인 문제점을 가지고 있다. 따라서, 일반적인 경우 고체산화물 연료전지용 금속 연결재 개발은 합금개발 자체와 함께, 표면특성을 제어하기 위한 표면처리 기술이 병행되고 있다.
고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 재질과 관련된 종래의 기술은 구성 재료를 기준으로 볼 때 Cr를 기본으로 하는 Cr계 합금, Ni를 기본으로 하는 Ni계 초합금, 그리고 Fe를 기본으로 하는 페라이트계 스테인레스 강(Ferritic STS) 등 세가지로 크게 구분된다.
가장 먼저 고체산화물 연료전지용 금속 연결재 재질로 발표된 Plansee Company 사에서 개발한 Ducroalloy는 Cr-5Fe-1Y2O3의 조성을 갖는 Cr계 합금으로써, 이 연결재는 열팽창계수가 고체산화물 연료전지의 다른 구성요소들과 유사할 뿐 아니라 기계적 강도는 우수하지만, 가공성이 매우 나쁘고 경제성이 떨어지는 등 문제가 있어서 사용상의 제약을 받았다.
Haynes Company 의 Haynes230 및 Haynes242은 Ni계 초합금으로써, 기계적 강도가 우수하고 가공성 및 경제성도 Cr계 합금보다는 우수하지만, 열팽창계수가 다른 구성요소들에 비해서 크다는 점이 약점으로 지적되고 있다.
최근에는 고체산화물 연료전지의 작동온도가 800℃ 부근으로 낮아지면서 Fe를 기본으로 하는 페라이트계 스테인레스 강을 연결재의 소재로 활용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
지금까지 개발된 대표적인 고체산화물 연료전지 연결재용 페라이트계 스테인레스 강으로는 Hitachi Metals에서 개발한 ZMG232와 ThyssenKrupp에서 개발한 Crofer22가 알려져 있는데, 상기 ZMG232는 22%의 Cr 및 0.04%의 La과 0.22%의 Zr 함유한 합금이며, 상기 Crofer22도 Ferritic Fe-Cr 합금으로 Cr의 증발을 최소화하고 열팽창계수를 낮추기 위하여 0.08%의 La을 함유하고 있다.
한편, 적절한 코팅을 통해 페라이트계 스테인레스 강의 표면특성을 향상시켜 우수한 특성을 갖는 연결재를 개발하는 연구 또한 합금개발 못지않은 주요 연구과제이다.
금속 연결재를 코팅하는 주된 목적은 페라이트계 스테인레스 강에서 Cr 증발을 억제하여 연결재의 내산화성 및 전기전도성을 향상시키기 위한 것으로서, 고체산화물 연료전지의 연결재 개발에 적용되는 코팅 물질로는 예컨대, 란타늄-스트론튬-망간 산화물((La5xSr1-x)MnO3, 단 0<x<1, 이하 LSM로 명명)과 란타늄-스트론튬-코발트-철 산화물((LaySr1-y)(FexCo1-x)O3, 이하 LSCF)같은 페로브스카이트(Perovskite) 구조의 산화물 등이 있는데, 여기서 y=0.6, x=0인 경우 LSC((La0.6Sr0.4)CoO3)가 되며, y=0.6, x=1인 경우 LSF((La0.6Sr0.4)FeO3)란 화합물로 표시될 수 있다.
이와 같은 페로브스카이트계 화합물의 코팅은 PVD 및 용사 공정이 적용되고 있으나 경제성을 고려하여 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 건식 에어로졸 코팅, 슬러리 dip-draw 코팅, 전기영동 등 슬러리를 이용한 다양한 코팅 공정이 주로 적용되고 있다.
지금까지 고체산화물 연료전지용 연결재 개발과 관련한 페로브스카이트 세라믹 코팅층의 코팅기술은 페라이트계 스테인레스 강과의 밀착성이 우수하면서도 치밀한 구조를 가져서 외부로부터 코팅층을 통해 안쪽의 스테인레스 강으로 확산하는 산소의 이동을 방지하고, 스테인레스 강으로부터의 Cr성분 확산을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다.
그러나 코팅재로 사용되는 LSM이나 LSCF(LSC 또는 LSF 포함) 같은 물질은 1200~1400 ℃ 이상의 고온에서 열처리하여야만 치밀한 구조를 가질 수 있는 물질인 반면에, 모재로 사용된 스테인레스 강은 900 ℃ 이상의 온도에서 급격한 입자 조대화를 수반한 상변이가 일어나기 때문에 그 이상의 온도로 열처리하게 되면 코팅된 피막에 균열이 발생하거나 심할 경우 박리가 일어나게 된다.
따라서, 기존의 기술에서는 스테인레스 강의 산화를 최소화하고 상변이를 억제하기 위해 900 ℃ 이하의 환원분위기에서 피막이 코팅된 연결재를 열처리하는데, 이 경우 연결재는 치밀한 구조를 갖지 못하기 때문에 열처리 과정에서 모재로부터 휘발되어 나온 Cr 성분이 피막에 존재하는 기공 내부로 확산되면서 피막과 반응하여 절연성의 SrCrO4나 La2O3 같은 산화물을 형성함으로써 오히려 연결재의 성능에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 모재 금속의 상변이가 일어나지 않는 조건에서 모재에 코팅이 가능하도록 하는 금속 연결재의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스테인레스 강의 표면에 세라믹 코팅층을 형성함에 있어 스테인레스 강의 상변이가 일어나지 않는 저온에서 열처리 가능한 금속 연결재의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스테인레스 강의 모재 표면에 세라믹 코팅을 형성하기 전에 다른 금속 피막을 코팅하여 세라믹 코팅층과 스테인레스 강 모재 사이의 물성이 개선되게 하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 세라믹 코팅층인 페로브스카이트계 화합물 피막이 코팅된 스테인레스 강을 열처리하여 스테인레스 강과 페로브스카이트계 화합물 피막 사이의 계면에 치밀한 구조를 갖는 크롬 산화물로 구성된 전도성 내산화 피막을 형성함으로써 전도성이 높고 내산화성이 우수한 고체산화물 연료전지용 금속 연결재를 제공하는 데 있다.
본 발명은 스테인레스 강의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 고체산화물 연료전지용 금속 연결재를 제조하는 방법에 있어서, 스테인레스 강 표면에 니켈, 코발트 또는 망간 중 선택된 어느 하나의 금속으로 표면을 코팅하는 박막형성단계, 상기 박막형성된 스테인레스 강에 란타늄-스트론튬-망간 산화물 및 란타늄-스트론튬-코발트-철 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 페로브스카이트 화합물로 피막 코팅하는 세라믹코팅단계 및 상기 세라믹코팅된 스테인레스 강을 산화분위기에서 열처리하는 공정마감단계로 제조되는 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 본 발명의 또 다른 특징은 스테인레스 강의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 고체산화물 연료전지용 금속 연결재를 제조하는 방법에 있어서, 스테인레스 강 표면에 백금, 금 또는 은 중 선택된 어느 하나의 귀금속으로 표면을 코팅하는 박막형성단계 및 상기 박막형성된 스테인레스 강에 페로브스카이트 화합물로 피막 코팅하는 세라믹코팅단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 모재인 스테인레스 강으로는 페라이트계 스테인레스 강을 사용할 수 있으며, 여기에 코팅되는 금속으로는 니켈이나 귀금속이 예컨대 전기도금 또 는 무전해도금중 선택된 어느 하나의 도금으로 금속 박막을 형성할 수 있다. 그 다음으로 코팅 적용되는 세라믹 코팅층을 구성하는 페로브스카이트계 피막은 분말 형태의 페로브스카이트 산화물에 분산매와 결합제가 혼합된 코팅재를 스테인레스 강의 표면에 코팅하고 금속 박막과 세라믹 코팅층이 형성된 연결재는 열처리 한다. 이때 열처리는 산화 분위기에서 시행할 수 있으며, 모재로 사용된 스테인레스 강의 상변이가 일어나지 아니하는 온도인 900℃이하의 저온, 바람직하게는 700℃∼900℃ 온도에서 열처리 한다. 이렇게 열처리를 시행하면 스테인레스 강에서 휘발되어 나온 Cr성분이 산화크롬층을 만들어서 전도성 및 내산화성 등의 물성이 생성된 고체산화물 연료전지용 금속 연결재가 제조될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에서의 고체산화물 연료전지용 금속 연결재는 세라믹 코팅층 형성을 위해 사용되는 재질로서 예를 들어 LSM계 혹은 LSCF계의 페로브스카이트(Perovskite) 산화물에 분산매로서 알파-테피네롤(α-terpineol) 등을 코팅하여 사용할 수 있으며, 결합재로서는 에틸셀룰로스(Ethyl Cellulose) 등 을 혼합하여 사용할 수 있다. 여기서 세라믹 코팅층 형성을 위해 사용한 상기 성분들은 혼합하여 슬러리로 만든 후, 스크린 프린팅, 저농도 슬러리로 스프레이 코팅, 건식 에어로졸 코팅 하는 방법 또는 슬러리 딥-드로윙(dip-drawing) 공법 등으로 니켈이나 귀금속으로 형성되는 금속 박막 위에 코팅할 수 있다.
여기서 사용된 세라믹 코팅층은 내산화성을 부여하기 위한 것으로, 만일 세라믹 코팅층을 형성하지 않은 스테인레스 강을 동일한 조건에서 열처리하면 산소와의 친화력이 매우 높은 크롬이 빠른 속도로 산화되면서 짧은 시간에 두꺼운 크롬 산화물 층을 형성되고, 그 과정에서 스테인레스 강과의 격자상수 차이로 인해 산화크롬층이 스테인레스 강에 부착되기 보다는 모재에서 박리되면서 깨끗한 스테인레스 강 표면이 외기로 드러나서 지속적인 산화가 진행된다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 고체산화물 연료전지용 금속 연결재는 예컨대 금속 박막으로 니켈을 사용하는 경우 열처리 과정에서 스테인레스 강에서 휘발되어 나온 Cr성분은 도금된 니켈이 산화되면서 형성된 산화니켈층 아래에 석출되면서 얇고 치밀한 산화크롬층을 형성하게 된다. 이렇게 형성되는 산화크롬은 고체산화물 연료전지 작동온도에서 연결재로 사용하기에 적합한 수준의 전자전도도를 가질 뿐만 아니라 막의 구조가 치밀하기 때문에 외부의 산소가 스테인레스 강과 반응하거나 스테인레스 강에서 휘발된 Cr이 외부로 확산되는 것을 막아준다.
한편, 니켈금속과 동일한 효과를 얻기 위해서 니켈 외에도 귀금속계 금속으로서는 예를 들어 백금, 금, 은 등이 사용될 수 있다. 귀금속의 경우에도 크롬의 증발을 억제하면서 1차 코팅금속에 인접한 아래층에 Cr이 석출되면서 얇고 치밀한 산화크롬층을 형성하여 산화크롬으로부터 내부의 모재의 보호하는 막기능 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 스테인레스 강 표면에 코팅된 금속 박막은 코팅 과정에서 스테인레스 강 표면 고유 산화물이 형성되는 것을 억제하여 피막의 밀착성을 향상시켜 주며 산화크롬층이 균일한 두께로 형성되도록 도와준다. 특히 니켈의 경우 경제적으로는 귀금속계인 백금, 금 은 등 보다 유리하고 또한 니켈 산화물은 전자전도도가 비교적 높기 때문에 연결재의 전도도에 큰 영향을 미치지 않으며 니켈 외에도 스테인레스 강에 포함된 크롬, 철 등과 반응하여 전자 전도성을 갖는 산화물인 MnCr2O4, CoCr2O3, CoFe2O4 등을 형성할 수 있는 코발트, 망간 같은 물질을 코팅해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
하지만, 귀금속인 백금, 금 또는 은 등은 비용면에서 니켈보다는 불리하지만 직접적인 산화층의 생성이 억제되고 또한 SOFC 작동온도 700∼850℃에서도 안정하여 코팅 후에는 2차로 페로브스카이트 화합물을 코팅하여 페로브스카이트 피막의 열처리는 공기 중에서 진행되기 때문에 별도의 열처리 공정 없이 고체산화물 연료전지 운전을 위한 열처리 과정으로 함께 수행할 수 있으므로 고체산화물 연료전지용 금속 연결재 제조 공정을 단순화 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기 한 바와 같이 세라믹 코팅층을 형성하기 전에 금속으로 금속박막을 형성함으로서 열처리 후에도 물성이 우수한 연결재를 제조할 수가 있는 것이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
[실시예1]
페라이트계 스테인레스 강의 일종인 STS430 표면에 금속 니켈을 약 2㎛ 두께로 전기도금 또는 무전해도금중 선택된 어느 하나의 도금하고, 그 위에 페로브스카이트 산화물인 LSM 분말에 알파-테피네롤(α-terpineol) 및 에틸셀룰로스(Ethyl Cellulose)를 혼합하여 제조한 슬러리를 약 10㎛ 두께로 스크린 프린팅 한 다음, 800℃의 산화분위기에서 열처리하여 고체산화물 연료전지용 금속 연결재 시편을 얻었다.
도 1은 이렇게 제조된 연결재 시편의 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포를 나타낸 것이다. 도 1의 단면 미세구조에서 알 수 있는 것처럼 전기도금 또는 무전해도금 된 니켈은 LSM 피막과 STS430 사이의 계면에서 니켈 산화물층을 형성한다. 또한 원소 분포를 살펴보면, 전기도금 또는 무전해도금 된 니켈은 일부는 원래의 자리에서 산화물 층을 형성하지만 일부는 STS430에 확산되어 들어가 금속 상태로 존재하며 산화 니켈층 바로 아래에 약 0.5㎛ 두께의 산화 크롬층이 형성되어 있음을 알 수 있는데, 이렇게 형성된 얇은 산화 크롬층은 미세 구조가 치밀하고 전도성이 양호하여 고체산화물 연료전지용 연결재의 전도도를 저하시키지 않으면서 페라이트계 스테인레스 강에서 휘발성 크롬이 외부로 확산되어 나오는 것과 외부의 산소가 페라이트계 스테인레스 강 내부로 확산되어 들어가는 현상을 모두 억제하므로 결과적으로 고체산화물 연료전지용 연결재의 내산화성을 증진시키는 것이다.
[실시예2]
페라이트계 스테인레스 강의 일종인 STS430 표면에 금속 니켈을 약 2㎛ 두께로 전기도금 또는 무전해도금 중 선택된 어느 하나로 도금 하고 그 위에 페로브스카이트 산화물인 LSCF 분말에 알파-테피네롤(α-terpineol) 및 에틸셀룰로스(Ethyl Cellulose)를 혼합하여 제조한 슬러리를 약 15㎛ 두께로 스크린 프린팅 한 다음 800℃의 산화분위기에서 열처리하여 연결재 시편을 제조하였다. 도 3은 이렇게 제 조된 시편의 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포를 나타낸 것이다. 이 경우에도 도 1의 경우와 마찬가지로 전기도금 또는 무전해도금 된 니켈은 LSCF 피막과 STS430 사이의 계면에서 산화물층을 형성하며 산화 니켈층 바로 아래에 약 0.5㎛ 두께의 산화 크롬층이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.
[실시예3]
페라이트계 스테인레스 강의 일종인 STS430 표면에 금속 니켈을 약 2㎛ 두께로 전기도금 또는 무전해도금 하고 그 위에 페로브스카이트 산화물인 LSCF 분말에 알파-테피네롤(α-terpineol) 및 에틸셀룰로스(Ethyl Cellulose)를 혼합하여 제조한 슬러리를 약 15㎛ 두께로 스크린 프린팅 한 다음 900℃의 산화분위기에서 열처리하여 연결재 시편을 제조하였다. 도 4는 이렇게 제조된 시편의 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포를 나타낸 것이다. 이 경우에도 도 1 및 도 3의 경우와 마찬가지로 전기도금 또는 무전해도금 된 니켈은 LSCF 피막과 STS430 사이의 계면에서 산화물층을 형성하며 산화 니켈층 바로 아래에 800℃에서 열처리 하였을 경우 보다 좀 더 뚜렷한 약 0.5㎛ 두께의 산화 크롬층이 형성되어 있음을 알 수 있었다.
[비교예]
페라이트계 스테인레스 강의 일종인 STS430 표면에 금속 니켈을 약 2㎛ 두께로 전기도금 또는 무전해도금 하고 그 위에 페로브스카이트 산화물인 LSCF 분말에 알파-테피네롤(α-terpineol) 및 에틸셀룰로스(Ethyl Cellulose)를 혼합하여 제조 한 슬러리를 약 15㎛ 두께로 스크린 프린팅 한 다음 800℃의 환원분위기(95%N2 + 5%H2)에서 열처리하여 연결재 시편을 제조하였다. 도 5는 이렇게 얻어진 시편의 단면 미세구조 및 각종 원소들의 분포를 나타낸 것이다. 이 경우는 상기 실시예들의 경우와는 달리 LSCF 피막과 STS430 사이의 계면에서 니켈 산화물층을 관찰할 수 없었으며 또한 산화 크롬층의 형성도 확인할 수 없었다.
[실험예]
상기 실시예1의 방법으로 제작한 고체산화물 연료전지 연결재를 이용한 고체산화물 연료전지의 수명을 측정한 그래프를 도 2a로 제시하였다.
반면에 상기 실시예1에서 니켈 전기도금 또는 무전해도금 을 하지 않은 STS430으로 제작한 연결재를 이용하여 운전한 고체산화물 연료전지의 수명을 측정하여 도 2b로 제시하였다.
이렇게 수명을 비교 실험한 결과, 도2a, 2b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 니켈 코팅을 하지 않은 연결재의 경우는 운전 초기부터 급격한 성능 저하를 보여주며 약 350 시간 이후에는 더 이상의 운전이 불가능하였으나 상기 방법으로 제작한 연결재의 경우는 약 1,000 시간 운전 이후에도 급격한 성능 저하를 보여주지 않았다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 페로브스카이트(Perovskite) 산화물을 니켈, 코발트, 망간, 백금, 금 또는 은 등과 같은 금속이 전기 도금된 페라이트계 스테인레스 강판에 코팅한 후 그를 900℃ 이하의 산화분위기에서 열처리함으로써 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 전도성 및 내산화성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 나타내었다.
또한, 귀금속이 전기 도금된 페라이트계 스테인레스 강판에 코팅한 경우에는 산화분위기에서의 열처리를 별도로 진행할 필요가 없어 제조공정을 단순화 할 수 있는 효과 또한 기대할수 있다.

Claims (12)

  1. 스테인레스 강의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 고체산화물 연료전지용 금속 연결재를 제조하는 방법에 있어서,
    스테인레스 강 표면에 니켈, 코발트 또는 망간 중 선택된 어느 하나의 금속으로 표면을 코팅하는 박막형성단계;
    상기 박막형성된 스테인레스 강에 란타늄-스트론튬-망간 산화물 및 란타늄-스트론튬-코발트-철 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 페로브스카이트 화합물로 피막 코팅하는 세라믹코팅단계; 및
    상기 세라믹코팅된 스테인레스 강을 산화분위기에서 열처리하는 공정마감단계;
    로 제조되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막형성단계는
    전기도금 또는 무전해도금 중 선택된 어느 하나의 도금으로 0.1㎛ ∼10㎛ 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 세라믹코팅단계의
    상기 페로브스카이트 화합물은 분말상의 LSM계 또는 LSCF계의 페로브스카이트 산화물중 선택된 어느 하나에 분산매와 결합제를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 세라믹코팅단계의
    페로브스카이트 화합물 형성에 사용된 페로브스카이트 산화물의 분산매는 알파-테피네롤, 결합제는 에틸셀룰로스인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 세라믹코팅단계는
    페로브스카이트 화합물을 슬러리 상으로 만들어 스크린 프린팅하거나, 저농도 슬러리로 만들어 스프레이 코팅하거나, 저농도 슬러리로 만들어 건식 에어로졸 코팅하거나, 또는 슬러리 딥-드로윙(dip-drawing) 공법으로 코팅하는 것 중 선택된 어느 하나로 피막 코팅하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 공정마감단계의
    상기 열처리는 산화분위기에서 700℃∼900℃ 로 열처리하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 열처리는 산소농도 10%∼100%의 산화분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조 방법.
  8. 스테인레스 강의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 고체산화물 연료전지용 금속 연결재를 제조하는 방법에 있어서,
    스테인레스 강 표면에 백금, 금 또는 은 중 선택된 어느 하나의 귀금속으로 표면을 코팅하는 박막형성단계; 및
    상기 박막형성된 스테인레스 강에 페로브스카이트 화합물로 피막 코팅하는 세라믹코팅단계;
    로 제조되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 박막형성단계는
    전기도금 또는 무전해도금 중 선택된 어느 하나의 도금으로 0.1㎛ ∼10㎛ 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 세라믹코팅단계의
    상기 페로브스카이트 화합물은 분말상의 LSM계 또는 LSCF계의 페로브스카이트 산화물중 선택된 어느 하나에 분산매와 결합제를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  11. 제8항 또는 제10항에 있어서, 상기 세라믹코팅단계의
    페로브스카이트 화합물 형성에 사용된 페로브스카이트 산화물의 분산매는 알파-테피네롤, 결합제는 에틸셀룰로스인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
  12. 제8항 또는 제10항에 있어서, 상기 세라믹코팅단계는
    페로브스카이트 화합물을 슬러리 상으로 만들어 스크린 프린팅하거나, 저농 도 슬러리로 만들어 스프레이 코팅하거나, 저농도 슬러리로 만들어 건식 에어로졸 코팅하거나, 또는 슬러리 딥-드로윙(dip-drawing) 공법으로 코팅하는 것 중 선택된 어느 하나로 피막 코팅하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속 연결재의 제조방법.
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