KR101012519B1 - Slurry for adhesive layer of metal-supported solid oxide fuel cells - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조에 사용되는 접합층용 슬러리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 2 중층 이상의 접합층을 구비하여 접합특성이 좋게 되고 소결수축에 의한 거동이 최소화되는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조에 사용되는 접합층용 슬러리에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry for a bonding layer used in the manufacture of a metal support type solid oxide fuel cell, and more particularly to a metal support having a bonding layer having at least two or more layers, which has good bonding characteristics and minimizes behavior due to sintering shrinkage. The present invention relates to a slurry for bonding layers used in the manufacture of a body solid oxide fuel cell.

슬러리, 금속지지체, 고체산화물, 연료전지, 접합층, 소결, 연료극(anode) Slurry, metal support, solid oxide, fuel cell, bonding layer, sintering, anode

Description

금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리{Slurry for adhesive layer of metal-supported solid oxide fuel cells}Slurry for adhesive layer of metal-supported solid oxide fuel cells

본 발명은 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조에 사용되는 접합층용 슬러리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 2 중층 이상의 접합층을 구비하여 접합특성이 좋게 되고 소결수축에 의한 거동이 최소화되는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조에 사용되는 접합층용 슬러리에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry for a bonding layer used in the manufacture of a metal support type solid oxide fuel cell, and more particularly to a metal support having a bonding layer having at least two or more layers, which has good bonding characteristics and minimizes behavior due to sintering shrinkage. The present invention relates to a slurry for bonding layers used in the manufacture of a body solid oxide fuel cell.

최근의 평판형 연료극지지체형 고체산화물 연료전지는 출력특성, 장기운전특성, 열사이클특성 등 여러 요구조건에 부합하고 있다. 하지만 현재까지도 해결하기 어려운 가장 큰 문제점은 밀봉(sealing)과 기계적 강도(mechanical strength)이다. 밀봉이 어려우므로 제작 및 작동효율 향상에 큰 제약을 가져다주며, 기계적 강도가 약해 열 동적 운전이나 외부 충격에 큰 손상을 입을 수 있다.Recently, the planar anode support type solid oxide fuel cell meets various requirements such as output characteristics, long-term operation characteristics, and thermal cycle characteristics. However, the biggest problems that are still difficult to solve are the sealing and the mechanical strength. Difficult to seal places great restrictions on manufacturing and operating efficiency, and the weak mechanical strength can cause severe damage to thermodynamic operation or external impact.

이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 해외 선진연구기관에서는 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 개발하고 있다. 금속지지체형 고체산화물 연료전지란 현재의 연료극지지체 연료전지의 연료극(anode)을 대신하여 금속을 지지체로 사용함으로써 세라믹 요소의 두께를 줄여 기계적 강도 및 밀봉효율을 높일 수 있는 신개념 고체산화물 연료전지이다. 금속지지체형 고체산화물 연료전지는 세라믹지지체형 연료전지의 분리판 역할을 금속지지체가 담당함으로써 적어도 연료극(anode)과 분리판 사이의 밀봉문제를 해결할 수 있다. 또한 금속의 가공공정이 세라믹 가공공정보다 쉽게 접근될 수 있으므로 유로 가공 등을 통해 연료전지 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 제작공정이 개발되면 제작비용 또한 현저히 줄어들 것이다.In order to solve these problems, overseas advanced research institutes are developing metal support type solid oxide fuel cells. The metal support type solid oxide fuel cell is a new concept solid oxide fuel cell that can increase the mechanical strength and sealing efficiency by reducing the thickness of ceramic elements by using metal as a support instead of the anode of the current anode support fuel cell. The metal support solid oxide fuel cell can solve the sealing problem between the anode and the separator at least by serving as the separator of the ceramic support fuel cell. In addition, since the metal processing process is more easily accessible than the ceramic processing process, fuel cell performance may be improved through flow path processing. In addition, as manufacturing processes are developed, manufacturing costs will be significantly reduced.

미국의 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL)은 S. Visco 등의 고체산화물 연료전지 연구자들을 중심으로 관련연구가 이루어지고 있다. 연료극지지체형 고체산화물 연료전지의 경우 800oC에서 1.8W/cm2의 최대출력밀도를 얻을 정도로 고체산화물 연료전지에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 가능성을 인지하고 수년 전부터 다양한 관련연구를 시작하였으며, 최근에는 750oC에서 0.2W/cm2의 최대출력밀도를 확보하였다. 공기극(cathode) 면의 금속지지체의 산화문제는 여전히 심각하며 코팅기술을 통해 산화문제를 피해가고 있다. LBNL은 예전에는 금속지지체형 고체산화물 연료전지 제작시 다공성 금속지지체 위에 세라믹 요소를 적층하는 공법을 이용하였다. 그러나, 최근에는 분말야금공법(powder metallurgy)을 이용하여 금속지지체를 반소결시키고 그 위에 세라믹 요소를 적층시켜 동시소결시키는 공정을 사용하고 있다. 금속지지체로서 100㎛ 크기의 Fe/Cr 합금을 이용하고 있으며 Al을 첨가해서 소결수축율(sintering shrinkage)을 맞추고 있다. 전해질은 약 10㎛의 YSZ를 이용하고, 연료극(anode)은 약 10㎛의 Ni/YSZ를 이용하고 있다.Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in the United States is focusing on researchers from solid oxide fuel cell researchers such as S. Visco. In the case of the anode support type solid oxide fuel cell, much research has been conducted on the solid oxide fuel cell to obtain a maximum power density of 1.8 W / cm 2 at 800 ° C. Recognizing the potential of metal-supported solid oxide fuel cells, various related studies have been undertaken many years ago, and recently, a maximum power density of 0.2 W / cm 2 at 750 o C has been secured. The problem of oxidation of the metal support on the cathode side is still serious and the oxidation problem is avoided through the coating technology. In the past, LBNL used a method of stacking ceramic elements on a porous metal support when fabricating a metal support-type solid oxide fuel cell. Recently, however, a process of semi-sintering a metal support by using powder metallurgy and laminating ceramic elements thereon is used. As a metal support, Fe / Cr alloy having a size of 100 μm is used, and Al is added to adjust the sintering shrinkage. The electrolyte uses YSZ of about 10 mu m and the anode uses Ni / YSZ of about 10 mu m.

영국의 Ceres Power Ltd.는 Imperial college와 합작으로 저온용 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 개발하고 있다. 단전지의 경우 570oC에서 0.4W/cm2의 최대출력밀도를 확보하고 있으며, 100W급의 스택기술도 확보하고 있다. Ceres Power는 후막의 페라이트계 스테인리스 스틸에 레이저를 이용해 가스유로를 만들고 그 위에 세라믹 요소들을 코팅하는 방법을 이용하고 있다. 전해질로서 약 20㎛의 CGO를, 연료극(anode)으로서 약 20~30㎛의 Ni/CGO를, 공기극(cathode)으로서 약 10~30㎛의 LSCF/CGO 혼합공기극을 사용하고 있다. 금속지지체는 Ti-Nb 안정화 Cr합금으로서 그 두께는 약 100㎛이다.Ceres Power Ltd. of the UK is developing a low temperature metal support solid oxide fuel cell in collaboration with Imperial college. In the case of a single cell, it has a maximum power density of 0.4 W / cm 2 at 570 o C and a stack technology of 100 W. Ceres Power uses a method of laser-forming gas channels on ferritic stainless steel in thick films and coating ceramic elements on it. About 20 micrometers CGO is used as electrolyte, Ni / CGO of about 20-30 micrometers is used as an anode, and LSCF / CGO mixed air electrode which is about 10-30 micrometers is used as a cathode. The metal support is a Ti-Nb stabilized Cr alloy whose thickness is about 100 mu m.

1980년대 혁신적인 평판형 단일체 고체산화물 연료전지(monolithic SOFC)를 개발 발표하여 주목을 끌었던 미국의 Argonne National Laboratory(ANL)은 금속분리판과 공기극(cathode) 유로, 연료극(anode) 유로, 그리고 세라믹 요소를 모두 하나로 만들어 일체형으로 소결하는 공법을 이용하였다. 세라믹 요소는 분말야금공법을 이용해 만들어져 적층되었다. 연료극(anode)의 미세구조로서 Ni의 함량, Ni의 분산, 그리고 YSZ 입자의 입경을 제어함으로써 성능을 향상시켰다. 단전지 성능으로서 750oC에서 0.25W/cm2의 최대출력밀도를 확보한 바 있다. 전해질로서 10㎛의 YSZ를, 연료극(anode)으로서 200㎛의 Ni/YSZ를, 공기극(cathode)으로서는 20㎛의 LSF를 각각 사용하였다.In the 1980s, the Argonne National Laboratory (ANL), which developed and announced an innovative planar monolithic solid oxide fuel cell (monolithic SOFC), attracted attention from metal separators, cathode channels, anode channels, and ceramic elements. All of them used a method of sintering integrally made. Ceramic elements were made and laminated using powder metallurgy. The performance was improved by controlling the content of Ni, the dispersion of Ni, and the particle size of the YSZ particles as the anode microstructure. As a unit cell performance, a maximum power density of 0.25W / cm 2 was obtained at 750 ° C. 10 탆 YSZ was used as the electrolyte, 200 탆 Ni / YSZ was used as the anode, and 20 탆 LSF was used as the cathode.

이와 같은 선진연구그룹의 금속지지체형 고체산화물 연료전지도 그 공정의 특성상 대면적화 및 가공비용 면에서 해결하기 어려운 면이 있다. 따라서 본 발명 은 새로운 적층구조의 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법에 사용되는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리를 제공하고자 한다.The metal support type solid oxide fuel cell of the advanced research group is difficult to solve in terms of large area and processing cost due to the characteristics of the process. Accordingly, the present invention is to provide a slurry for the bonding layer of the metal support solid oxide fuel cell used in the manufacturing method of the metal support solid oxide fuel cell of the new laminated structure.

본 발명은 금속지지체형 고체산화물 연료전지에 대한 여러 제조공정 중 적어도 2중층 이상의 접합층을 가지는 최적화된 제조방법에 사용되는 접합층용 슬러리를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a slurry for the bonding layer used in the optimized manufacturing method having a bonding layer of at least two or more layers of the manufacturing process for the metal support type solid oxide fuel cell.

본 발명은 종래의 단전지 및 분리판간 결합구조의 접합면을 더욱 견고하게 하며, 접합층의 접합특성을 좋게 하고 소결수축 거동의 영향을 최소화하여 비교적 큰 면적의 단전지를 제공하는 동시에 분리판의 결합에 있어서도 비교적 평평하게 되는 최적화된 제조방법에 사용되는 접합층용 슬러리를 제공하고자 한다.The present invention further strengthens the joint surface of the conventional single cell and separator plate coupling structure, improves the bonding characteristics of the bonding layer and minimizes the influence of the sintering shrinkage behavior, thereby providing a unit cell having a relatively large area and at the same time bonding the separator plate. It is to provide a slurry for the bonding layer used in the optimized manufacturing method that is also relatively flat in the.

본 발명은 소결과정을 통하여 세라믹셀의 연료극(anode)과 제1 금속분리판을 접합시키는 접합층을 포함하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리에 있어서, 상기 접합층용 슬러리는 금속성분과 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리에 관한 것이다.The present invention provides a slurry for a bonding layer of a metal support-type solid oxide fuel cell including a bonding layer for bonding an anode of a ceramic cell to a first metal separator through a sintering process, wherein the slurry for the bonding layer comprises a metal component. The present invention relates to a slurry for a bonding layer of a metal support-type solid oxide fuel cell comprising an anode component of the ceramic cell.

본 발명에 있어서, 상기 접합층용 슬러리는 금속성분으로서 AISI410 분말을 포함하고, 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분으로서 NiO 분말 및 8YSZ 분말을 포함할 수 있고, 상기 접합층용 슬러리는 상기 제1 금속분리판에 도포되어 소결과정을 통하여 상기 제1 금속분리판에 접착되는 제1 분리판접합층용 슬러리로서, 금속성분에 대한 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분의 중량비는 1 보다 작을 수 있는 데, 상기 접합층용 슬러리는 AISI410 분말과 NiO 분말과 8YSZ 분말의 혼합물인 주재료; Cabon, Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol 중 적어도 하나의 첨가제; Xylene, 1-Butaneol 중 적어도 어느 하나의 용매;를 포함할 수 있고, 상기 접합층용 슬러리는 주재료 대비 각각 AISI410 분말 80 ~ 90 wt%, NiO 분말 6 ~ 12 wt% 및 8YSZ 분말 4 ~ 8 wt%를 포함할 수 있고, 상기 접합층용 슬러리는 주재료 대비 각각 AISI410 분말 80 wt%, NiO 분말 12 wt% 및 8YSZ 분말 8 wt%; 주재료 대비 각각 Cabon 5 wt% , Butvar-98 3 wt%, Polyvinylpyrrolidone 5 wt%, Polyethyleneglycol 10 wt%; 주재료 대비 Xylene 39 wt%, 1-Butaneol 11 wt%;를 포함할 수 있다.In the present invention, the bonding layer slurry may include AISI410 powder as a metal component, and may include NiO powder and 8YSZ powder as an anode component of the ceramic cell, and the slurry for the bonding layer is the first metal separation. A slurry for a first separator bonding layer applied to a plate and adhered to the first metal separator through a sintering process, wherein a weight ratio of an anode component of the ceramic cell to a metal component may be less than one. The slurry for the bonding layer includes a main material which is a mixture of AISI410 powder, NiO powder, and 8YSZ powder; Additives of at least one of Cabon, Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol; Xylene, at least one solvent of 1-Butaneol; may be included in the slurry for the bonding layer is AISI410 powder 80 ~ 90 wt%, NiO powder 6 ~ 12 wt% and 8YSZ powder 4 ~ 8 wt%, respectively, relative to the main material The bonding layer slurry may include 80 wt% of AISI410 powder, 12 wt% of NiO powder, and 8 wt% of 8YSZ powder, respectively; Cabon 5 wt%, Butvar-98 3 wt%, Polyvinylpyrrolidone 5 wt%, Polyethyleneglycol 10 wt% relative to the main materials; Xylene 39 wt%, 1-Butaneol 11 wt% relative to the main material; may include.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 접합층용 슬러리는 상기 세라믹셀의 연료극(anode)에 도포되어 소결과정을 통하여 상기 세라믹셀의 연료극(anode)에 접착되는 연료극접합층용 슬러리로서, 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분에 대한 금속성분의 중량비는 1 보다 작을 수 있는데, 상기 접합층용 슬러리는 AISI410 분말과 NiO 분말과 8YSZ 분말의 혼합물인 주재료; Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol 중 적어도 하나의 첨가제; Xylene, 1-Butaneol 중 적어도 어느 하나의 용매를 포함할 수 있고, 상기 접합층용 슬러리는 주재료 대비 각각 AISI410 분말 20 wt%, NiO 분말 48 wt% 및 8YSZ 분말 32 wt%; 주재료 대비 각각 Butvar-98 5 wt%, Polyvinylpyrrolidone 2 wt%, Polyethyleneglycol 10 wt%; 주재료 대비 Xylene 234 wt%, 1-Butaneol 66 wt%;를 포함할 수 있다.On the other hand, in the present invention, the bonding layer slurry is a slurry for the anode bonding layer is applied to the anode (anode) of the ceramic cell and bonded to the anode (anode) of the ceramic cell through a sintering process, the fuel electrode of the ceramic cell ( The weight ratio of the metal component to the anode component may be less than 1, wherein the slurry for the bonding layer includes a main material which is a mixture of AISI410 powder, NiO powder, and 8YSZ powder; At least one additive of Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol; Xylene, 1-Butaneol may include at least one solvent, the slurry for the bonding layer is 20 wt% AISI410 powder, 48 wt% NiO powder and 32 wt% 8YSZ powder, respectively, relative to the main material; 5 wt% Butvar-98, 2 wt% Polyvinylpyrrolidone, and 10 wt% Polyethyleneglycol, respectively; Xylene 234 wt%, 1-Butaneol 66 wt% relative to the main material; may include.

본 발명에 따른 접합층용 슬러리를 사용하여 제조되는 금속지지체형 고체산화물 연료전지는 종래의 단전지 및 분리판간 결합구조의 접합면이 더욱 견고해지며, 소결수축 거동의 영향을 최소화하여 비교적 큰 면적의 단전지를 제공하는 동시에 분리판의 결합에 있어서도 비교적 평평하게 되는 장점이 있다.In the metal support solid oxide fuel cell manufactured using the slurry for the bonding layer according to the present invention, the bonding surface of the combined structure between the conventional unit cell and the separating plate becomes more robust, and the effect of the sintering shrinkage behavior is minimized so that In addition to providing a unit cell, there is an advantage of being relatively flat in the bonding of the separator.

본 발명에 따른 접합층용 슬러리를 사용하여 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 제조하는 경우 상용 세라믹셀과 상용 금속분리판을 서로 적어도 2 중층 이상의 접합층을 통하여 소결 접합시키게 되므로, 기존기술을 그대로 이용할 수 있으며, 제조 비용 및 대면적화에 유리한 장점이 있다.When manufacturing a metal support-type solid oxide fuel cell using the slurry for the bonding layer according to the present invention, since the commercial ceramic cell and the commercial metal separator are sintered to each other through at least two or more bonding layers, the existing technology can be used as it is. And, there is an advantage in manufacturing cost and large area.

먼저, 본 발명에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리를 이용한 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법의 일예에 대하여 설명한다.First, an example of a method of manufacturing a metal support solid oxide fuel cell using the slurry for the bonding layer of the metal support solid oxide fuel cell according to the present invention will be described.

도1은 본 발명에 따른 접합층용 슬러리를 이용한 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법의 흐름도를, 도2는 도1의 공정에 의하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 주요부의 단면도를, 도3은 도1의 소결단계의 흐름도를, 도4는 도1의 공정에 의하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 주요부의 SEM 이미지를 나타낸다.1 is a flow chart of a method of manufacturing a metal support solid oxide fuel cell using the slurry for the bonding layer according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of the metal support solid oxide fuel cell manufactured by the process of FIG. FIG. 3 is a flowchart of the sintering step of FIG. 1, and FIG. 4 is an SEM image of the main part of the metal support solid oxide fuel cell manufactured by the process of FIG.

도1을 참조하면 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법은 제1 분리판접합층 형성단계(S10), 연료극접합층 형성단계(S20), 매개 슬러리층 형성단계(S30), 적층단계(S40) 및 소결단계(S50)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a metal support-type solid oxide fuel cell may include forming a first separator bonding layer (S10), forming a cathode bonding layer (S20), forming an intermediate slurry layer (S30), and laminating step (S40). ) And a sintering step (S50).

도2를 참조하면 도1의 공정에 의하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지는 제1 금속분리판(10), 제2 금속분리판(20), 제1 금속분리판(10)과 제2 금속분리판(20) 사이에 설치되는 세라믹셀(30)을 포함한다. 세라믹셀(30)은 전해질(32), 연료극(anode)(34) 및 공기극(cathode)(36)으로 이루어진다. 공기극(cathode)(36)과 제2 금속분리판(20) 사이에는 집전체(40)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the metal support-type solid oxide fuel cell manufactured by the process of FIG. 1 may include a first metal separator 10, a second metal separator 20, a first metal separator 10 and a second metal separator. It includes a ceramic cell 30 installed between the metal separator plate 20. The ceramic cell 30 is composed of an electrolyte 32, an anode 34, and a cathode 36. The current collector 40 may be formed between the cathode 36 and the second metal separator 20.

전해질(32) 및 연료극(anode)(34)의 세라믹셀(30) 요소들은 테이프캐스팅(tape casting process)을 이용하여 적층될 수 있다. 전해질(32)로서는 YSZ(Tosoh TZ-8Y)를 사용할 수 있고, 연료극(anode)(34)으로서는 NiO와 YSZ(Tosoh TZ-8Y)를 6:4 질량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 테이프캐스팅용 슬러리는 각 분말에 대해 15%wt.의 결합재 Butvar B-98, 2%wt.의 분산제 polyvinylpyrrolidone, 10%wt.의 가소제 polyethylene glycol, 100%wt.의 용매 S-NECS를 혼합한 후 48시간 볼밀하여 얻을 수 있다. 슬러리를 탈포(de-airing)시킨 후 150㎛ 혹은 250㎛ 높이의 테이프캐스터(tape-caster)를 이용하여 세라믹 시트(sheet)를 확보한다. 용도에 맞게 적층시킨 후 1500oC에서 4시간 소결하여 치밀한 전해질 및 어느 정도 기공이 있는 연료극(anode)의 세라믹셀을 얻을 수 있다.The elements of the ceramic cell 30 of the electrolyte 32 and the anode 34 may be stacked using a tape casting process. As the electrolyte 32, YSZ (Tosoh TZ-8Y) can be used, and as the anode 34, NiO and YSZ (Tosoh TZ-8Y) can be mixed and used in a 6: 4 mass ratio. The slurry for tape casting was mixed with 15% wt. Binder Butvar B-98, 2% wt. Dispersant polyvinylpyrrolidone, 10% wt. Plasticizer polyethylene glycol, and 100% wt. Solvent S-NECS for each powder. Can be obtained by ball milling for 48 hours. After de-airing the slurry, a ceramic sheet is secured by using a tape caster having a height of 150 μm or 250 μm. After laminating according to the intended use, it is sintered at 1500 ° C. for 4 hours to obtain a ceramic cell of an anode with a dense electrolyte and some pores.

제1 금속분리판(10) 및 제2 금속분리판(20)으로 사용되는 금속지지체로서는 28mm의 직경과 1mm의 두께를 가지는 원형의 STS430 판을 사용할 수 있다. 제1 금속분리판(10) 및 제2 금속분리판(20)에 연료극(anode) 유로(12) 및 공기극(cathode) 유로(22)를 단면상으로 만들 수 있다. 연료극(anode) 유로(12) 및 공기극(cathode) 유로(22)의 폭은 각각 0.4mm일 수 있다.As the metal support used as the first metal separation plate 10 and the second metal separation plate 20, a circular STS430 plate having a diameter of 28 mm and a thickness of 1 mm may be used. The anode flow path 12 and the cathode flow path 22 may be formed in a cross-sectional shape in the first metal separation plate 10 and the second metal separation plate 20. The width of the anode flow path 12 and the cathode flow path 22 may be 0.4 mm, respectively.

도2를 참조하면 제1 분리판접합층 형성단계(S10)에서는 제1 금속분리판(10)의 일측면에 제1 분리판접합층(52)이 형성된다. 제1 분리판접합층(52)은 금속성분 분말 및 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분 분말을 포함하는 슬러리를 제1 금속분리판(10)의 일측면에 도포한 후 상온에서 건조시킴으로써 형성되는 고형분층이다. 상기 제1 금속분리판(10)에 도포되는 슬러리의 가장 중요한 요구조건은 소결시 소결수축이 거의 없어야 하는 것이다. 따라서 제1 금속분리판(10)에 도포되는 슬러리는 소결시 수축이 최소화될 수 있도록, 상대적으로 입경이 큰 금속성분 분말(수μm~수백μm의 크기를 가지는 스테인리스 스틸, 인코넬 등의 합금)을 많이 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 금속분리판(10)에 도포되는 슬러리는 수십μm~수백μm으로 비교적 두껍게 도포되어 이후 딱딱한 세라믹셀(30)과 딱딱한 제1 금속분리판(10) 사이에서 스펀지와 같은 역할을 함으로써 약간의 압력에 의해 세라믹셀(30)과 딱딱한 제1 금속분리판(10) 사이의 모든 접합면이 고루 잘 붙을 수 있는 역할을 하도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 제1 금속분리판(10)에 도포되는 슬러리는 첨가제로서 결합제, 분산제, 가소제 및 pore former를 포함하는데, pore former는 carbon일 수 있다.Referring to FIG. 2, in the first separation plate bonding layer forming step S10, the first separation plate bonding layer 52 is formed on one side of the first metal separation plate 10. The first separation plate bonding layer 52 is a room temperature after applying a slurry containing a metal powder and the powder of the anode 34 of the ceramic cell 30 to one side of the first metal separation plate 10. It is a solid content layer formed by drying at. The most important requirement of the slurry applied to the first metal separator 10 is that there should be little sintering shrinkage during sintering. Therefore, the slurry applied to the first metal separator 10 may be made of a metal powder (alloy such as stainless steel, Inconel, etc. having a size of several μm to several hundred μm) having a relatively large particle diameter so that shrinkage during sintering may be minimized. It is preferable to add a lot. In addition, the slurry applied to the first metal separation plate 10 is applied relatively thick, such as tens of μm to several hundred μm, and then serves as a sponge between the hard ceramic cell 30 and the hard first metal separation plate 10. By doing so, it is preferable that all the bonding surfaces between the ceramic cell 30 and the hard first metal separation plate 10 be adhered evenly by a slight pressure. On the other hand, the slurry applied to the first metal separator 10 includes a binder, a dispersant, a plasticizer and a pore former as an additive, where the pore former may be carbon.

상기 제1 금속분리판(10)에 On the first metal separator 10 도포되는Applied 슬러리에In slurry 대하여는 본 발명에 따른  Regarding the present invention 일실시예에서In one embodiment 보다 상세히 설명한다. It will be described in more detail.

도2를 참조하면 연료극접합층 형성단계(S20)에서는 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)의 일측면에 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분을 포함하는 연료극접합층(54)이 형성된다. 연료극접합층(54)은 금속성분 분말 및 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분 분말을 포함하는 슬러리를 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)의 일측면에 도포함으로써 형성되는 슬러리층이다. 상기 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)에 도포되는 슬러리층의 가장 중요한 요구조건은 소결시 연료극(anode)(34)과의 우수한 접합성이다. 따라서 상기 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)에 도포되는 슬러리의 조성은 연료극(anode)(34) 재료가 많이 들어가는 것이 바람직하다. 한편, 연료극(anode)(34) 성분의 비율이 높아 소결수축이 크므로 상기 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)에 도포되는 슬러리는 최대한 얇게 하여 소결수축에 의한 악영향을 막아야 한다. 따라서, 상기 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)에 도포되는 슬러리는 수십 nm~수μm 의 두께가 되도록 한다. 한편, 상기 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)에 도포되는 슬러리는 첨가제로서 결합제, 분산제, 가소제를 포함할 수 있는데, pore former는 carbon일 수 있다.Referring to FIG. 2, in an anode bonding layer forming step (S20), an anode junction including an anode 34 component of the ceramic cell 30 is formed on one side of an anode 34 of the ceramic cell 30. Layer 54 is formed. The anode bonding layer 54 is formed by applying a slurry containing a metal powder and a powder of an anode 34 component of the ceramic cell 30 to one side of an anode 34 of the ceramic cell 30. It is a slurry layer formed. The most important requirement of the slurry layer applied to the anode 34 of the ceramic cell 30 is good bonding with the anode 34 during sintering. Therefore, the composition of the slurry to be applied to the anode 34 of the ceramic cell 30 preferably contains a lot of anode 34 material. On the other hand, since the ratio of the anode 34 component is high and the sinter shrinkage is large, the slurry applied to the anode 34 of the ceramic cell 30 should be as thin as possible to prevent adverse effects due to the sinter shrinkage. Therefore, the slurry applied to the anode 34 of the ceramic cell 30 is to have a thickness of several tens nm to several μm. Meanwhile, the slurry applied to the anode 34 of the ceramic cell 30 may include a binder, a dispersant, a plasticizer as an additive, and the pore former may be carbon.

상기 remind 세라믹셀(30)의Ceramic cell 30 연료극(anode)(34)에To the anode 34 도포되는Applied 슬러리에In slurry 대하여는 본 발명에 따른  Regarding the present invention 일실시예에서In one embodiment 상술한다. It is detailed.

도2를 참조하면 매개 슬러리층 형성단계(S30)에서는 고형분층인 제1 분리판접합층(52)에 매개 슬러리층(56)이 형성된다. 매개 슬러리층(56)은 고형분층인 제1 분리판접합층(52)에 상기 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)에 도포되는 슬러리와 동일한 슬러리를 도포함으로써 형성된다. 마찬가지로 매개 슬러리층(56)은 연료극(anode)(34) 성분의 비율이 높아 소결수축이 크므로 최대한 얇게 하여 소결 수축에 의한 악영향을 막아야 한다. 따라서, 고형분층인 제1 분리판접합층(52)에 도포되는 슬러리는 수십nm~수μm 의 두께가 되도록 한다. Referring to FIG. 2, in the intermediate slurry layer forming step (S30), the intermediate slurry layer 56 is formed on the first separation plate bonding layer 52, which is a solid component layer. The intermediate slurry layer 56 is formed by applying the same slurry as that applied to the anode 34 of the ceramic cell 30 to the first separator plate bonding layer 52 which is a solid component layer. Similarly, the intermediate slurry layer 56 has a high proportion of the anode 34 and thus has a large sinter shrinkage, so that the medium slurry layer 56 should be as thin as possible to prevent adverse effects due to sinter shrinkage. Therefore, the slurry applied to the first separation plate bonding layer 52 which is the solid component layer is to have a thickness of several tens of nm to several μm.

도2를 참조하면 적층단계(S40)에서는 제1 분리판접합층(52) 및 연료극접합층(54)이 제1 금속분리판(10)과 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)을 접착시키는 다층으로 이루어지는 접합층(50)의 일측 외각층 및 타측 외각층을 이루도록 적층된다. 한편, 적층단계(S40)에서는 연료극접합층(54)인 슬러리층과 매개 슬러리층(56)이 직접 접촉하도록 적층될 수 있다.Referring to FIG. 2, in the stacking step S40, the first separator plate bonding layer 52 and the anode bonding layer 54 may include an anode 34 of the first metal separator plate 10 and the ceramic cell 30. It is laminated so as to form one outer shell layer and the other outer shell layer of the bonding layer 50 consisting of a multi-layer for bonding. Meanwhile, in the stacking step S40, the slurry layer, which is the anode bonding layer 54, and the intermediate slurry layer 56 may be stacked to directly contact each other.

소결단계(S50)에서는 접합층(50)을 통하여 제1 금속분리판(10) 및 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)이 상호 접착되도록 상기 적층된 접합층(50)이 소결된다. 소결단계(S50)는 공기분위기 또는 환원분위기가 가능한 소결로 내에서 수행된다. 공기분위기란 소결로 내에 공기가 공급된 상태를 가르키고, 환원분위기란 소결로 내에 수소, 질소, 아르곤 등의 환원가스가 공급된 상태를 가르킨다.In the sintering step S50, the laminated bonding layer 50 is sintered to bond the first metal separator 10 and the anode 34 of the ceramic cell 30 to each other through the bonding layer 50. . Sintering step (S50) is carried out in a sintering furnace capable of air or reducing atmosphere. The air atmosphere refers to a state in which air is supplied into the sintering furnace, and the reducing atmosphere refers to a state in which a reducing gas such as hydrogen, nitrogen, and argon is supplied into the sintering furnace.

도3을 참조하면 소결단계(S50)는 제1 승온단계(S51), 제1 등온단계(S52), 제2 승온단계(S53), 제2 등온단계(S54), 전환단계(S55), 제3 승온단계(S56), 제3 등온단계(S57), 강온단계(S58)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the sintering step S50 may include a first temperature raising step S51, a first isothermal step S52, a second temperature rising step S53, a second isothermal step S54, a switching step S55, and a fifth step. And a third temperature raising step S56, a third isothermal step S57, and a temperature lowering step S58.

온도 (Temperature ( oo CC )) 시간 (hour)Hour 분위기atmosphere 목적purpose 상온에서 400~500까지400 to 500 at room temperature 10~3010-30 공기air 첨가제가 타서 날아갈 때 주위 분말에 영향을 주지 않기 위해 천천히 승온Slowly raise the temperature as the additive does not affect the surrounding powder as it flies away 400~500 유지400 ~ 500 maintenance 1~31-3 공기air 첨가제가 완전히 타기 위해 온도 유지Keep the temperature for the additive to burn completely

400~500에서 800~1000까지400-500 to 800-1000 2~52 ~ 5 공기air pore former로서 carbon이 쓰일 경우, carbon이 타는 온도가 700~800oC 정도이므로 800~1000oC까지 공기분위기에서 승온When carbon is used as a pore former, the temperature of carbon burning is about 700 ~ 800 o C, so the temperature is raised to 800 ~ 1000 o C 800~1000 유지800-1000 maintenance 1~31-3 온도 유지하는 중간쯤 되는 시간에서 공기에서 환원분위기로 변환Convert from air to reducing atmosphere in the middle of maintaining temperature 공기분위기를 유지하는 것은 carbon을 완전히 태우기 위함, 환원분위기로 바꾸는 것은 이 온도 이상에서는 금속의 산화를 막기 위함Maintaining an air atmosphere to burn carbon completely, changing to a reducing atmosphere to prevent oxidation of metals above this temperature 800~1000에서 1300~1500까지800-1000 to 1300-1500 0.5~20.5 ~ 2 환원분위기Reducing atmosphere 최고온도인 1300~1500oC까지 되도록 빨리 승온하는 것이 좋음, 이는 소결수축의 영향을 최소화하기 위함It is recommended to raise the temperature as quickly as possible to the maximum temperature of 1300 ~ 1500 o C. This is to minimize the effect of sinter shrinkage. 1300~1500 유지Maintain 1300 ~ 1500 2~202 ~ 20 환원분위기Reducing atmosphere 접합면에서 좋은 접합을 이루기 위해 온도 유지Maintain temperature to achieve a good bond at the joint 1300~1500에서 상온으로At room temperature from 1300-1500 3~103 ~ 10 환원분위기Reducing atmosphere

[표 1]을 참조하면 제1 승온단계(S51)에서는 소결로 내의 온도가 상온으로 부터 제1 온도까지 상승된다. 제1 승온단계(S51)는 10 ~ 30 시간 동안 공기분위기에서 수행된다. 즉, 제1 승온단계(S51)에서는 접합층(50)에 함유된 첨가제가 타서 날아갈 때 주위 분말에 영향을 끼치지 않도록 천천히 승온된다. 제1 온도는 400 ~ 500 ℃의 임의 온도일 수 있다.Referring to [Table 1], in the first temperature raising step S51, the temperature in the sintering furnace is raised from room temperature to the first temperature. The first temperature raising step S51 is performed in an air atmosphere for 10 to 30 hours. That is, in the first heating step (S51) is slowly heated up so as not to affect the surrounding powder when the additive contained in the bonding layer 50 is burned off. The first temperature may be any temperature of 400 to 500 ° C.

[표 1]을 참조하면 제1 등온단계(S52)에서는 소결로 내의 온도가 상기 제1 온도로 일정하게 유지된다. 제1 등온단계(S52)는 1 ~ 3 시간 동안 공기분위기에서 수행된다. 제1 등온단계(S52)는 접합층(50)에 함유된 첨가제 중 결합제, 분산제 및 가소제를 완전 연소시키기 위해 수행된다.Referring to [Table 1], in the first isothermal step S52, the temperature in the sintering furnace is kept constant at the first temperature. The first isothermal step (S52) is performed in the air atmosphere for 1 to 3 hours. The first isothermal step S52 is performed to completely burn the binder, the dispersant, and the plasticizer among the additives contained in the bonding layer 50.

[표 1]을 참조하면 제2 승온단계(S53)에서는 소결로 내의 온도가 상기 제1 온도로부터 제2 온도까지 상승된다. 제2 승온단계(S53)는 2 ~ 5 시간 동안 공기분위기에서 수행된다. 접합층(50)에 함유되는 첨가제 중 pore former로서 carbon이 쓰일 경우, carbon이 타는 온도가 700 ~ 800 ℃ 정도이므로 제2 승온단계(S53)에서는 소결로 내의 온도가 800 ~ 1000 ℃의 임의 온도까지 상승된다. 즉, 상기 제2 온도는 800 ~ 1000 ℃의 임의 온도일 수 있다.Referring to [Table 1], in the second temperature raising step S53, the temperature in the sintering furnace is raised from the first temperature to the second temperature. The second temperature raising step S53 is performed in an air atmosphere for 2 to 5 hours. When carbon is used as a pore former among the additives contained in the bonding layer 50, the carbon is burned at a temperature of about 700 to 800 ° C., and thus, in the second heating step S53, the temperature in the sintering furnace reaches an arbitrary temperature of 800 to 1000 ° C. Is raised. That is, the second temperature may be any temperature of 800 ~ 1000 ℃.

[표 1]을 참조하면 제2 등온단계(S54)에서는 소결로 내의 온도가 상기 제2 온도로 일정하게 유지된다. 제2 등온단계(S54)는 1 ~ 1.5 시간 동안 공기분위기에서 수행된다. 제2 등온단계(S54)는 접합층(50)에 함유되는 첨가제 중 pore former로서 carbon이 쓰일 경우, carbon을 완전 연소시키기 위하여 수행된다.Referring to [Table 1], in the second isothermal step S54, the temperature in the sintering furnace is kept constant at the second temperature. The second isothermal step S54 is performed in an air atmosphere for 1 to 1.5 hours. The second isothermal step S54 is performed to completely burn carbon when carbon is used as a pore former among the additives contained in the bonding layer 50.

[표 1]을 참조하면 전환단계(S55)에서는 소결 내의 분위기가 공기분위기에서 환원분위기로 전환된다. 전환단계(S55)는 상기 제2 온도가 유지되는 상태에서 1 ~ 1.5 시간 동안 수행될 수 있다. 전환단계(S55)에서 소결로 내의 분위기를 전환분위기로 바꾸는 것은 소결로 내의 온도가 상기 제2 온도 이상으로 올라가는 경우 제1 금속분리판(10), 제2 금속분리판(20), 접합층(50) 등에 함유된 금속 성분의 산화를 방지하기 위한 것이다.Referring to [Table 1] in the conversion step (S55), the atmosphere in the sinter is converted from the air atmosphere to the reducing atmosphere. The switching step S55 may be performed for 1 to 1.5 hours while the second temperature is maintained. Changing the atmosphere in the sintering furnace to the switching atmosphere in the converting step (S55) means that when the temperature in the sintering furnace rises above the second temperature, the first metal separator 10, the second metal separator 20, and the bonding layer ( 50) to prevent oxidation of metal components contained in the back and the like.

[표 1]을 참조하면 제3 승온단계(S56)에서는 소결로 내의 온도가 상기 제2 온도로부터 제3 온도까지 상승된다. 제3 승온단계(S56)는 0.5 ~ 2 시간 동안 환원분위기에서 수행된다. 즉, 환원분위기는 짧은 시간 동안에 걸쳐 빨리 수행되는데, 이는 접합층(50)의 소결수축의 영향을 최소화시키기 위한 것이다. 제3 온도는 1300 ~ 1500 ℃의 임의 온도일 수 있다.Referring to [Table 1], in the third temperature increase step S56, the temperature in the sintering furnace is increased from the second temperature to the third temperature. The third temperature raising step S56 is performed in a reducing atmosphere for 0.5 to 2 hours. That is, the reducing atmosphere is performed quickly over a short time, which is to minimize the effect of the sintering shrinkage of the bonding layer (50). The third temperature may be any temperature of 1300-1500 ° C.

[표 1]을 참조하면 제3 등온단계(S57)에서는 소결로 내의 온도가 상기 제3 온도로 일정하게 유지된다. 제3 등온단계(S57)는 2 ~ 20 시간 동안 환원분위기에서 수행된다. 제3 등온단계(S57)는 제1 금속분리판(10)과 제1 분리판접합층(52) 사이의 접합면, 제1 분리판접합층(52)과 매개 슬러리층(56) 사이의 접합면, 연료극접합층(54)과 연료극(anode)(34) 사이의 접합면 등에서 좋은 접합이 이루어져, 제1 금속분리판 (10)과 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 사이의 접착력이 강화되도록 하기 위한 것이다.Referring to [Table 1], in the third isothermal step S57, the temperature in the sintering furnace is kept constant at the third temperature. The third isothermal step S57 is performed in a reducing atmosphere for 2 to 20 hours. In the third isothermal step S57, a bonding surface between the first metal separator 10 and the first separator bonding layer 52, a bonding between the first separator bonding layer 52 and the intermediate slurry layer 56 is performed. Good bonding is achieved at the surface, the bonding surface between the anode bonding layer 54 and the anode 34, and the like, and the anode 34 between the first metal separator 10 and the ceramic cell 30 is formed. This is to enhance the adhesion.

[표 1]을 참조하면 강온단계(S58)에서는 소결로 내의 온도가 상기 제3 온도로부터 상온으로 하강된다. 강온단계(S58)는 3 ~ 10 시간 동안 환원분위기에서 수행된다.Referring to [Table 1] in the temperature reduction step (S58), the temperature in the sintering furnace is lowered to the room temperature from the third temperature. Dropping step (S58) is carried out in a reducing atmosphere for 3 to 10 hours.

도4는 도1의 공정에 의하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 주요부의 SEM 이미지이다.4 is an SEM image of a main part of a metal support solid oxide fuel cell manufactured by the process of FIG.

도1의 공정에 의하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지는 세라믹셀(30)과 제1 금속분리판(10)간의 결합구조의 접합면이 더욱 견고해지며, 접합층(50)의 소결수축 거동의 영향이 최소화하여 비교적 큰 면적의 세라믹셀(30) 및 제1 금속분리판(10)의 결합에 있어서도 비교적 평평하게 제작 가능하다.In the metal support-type solid oxide fuel cell manufactured by the process of FIG. 1, the bonding surface of the bonding structure between the ceramic cell 30 and the first metal separation plate 10 becomes more robust, and the sintering shrinkage of the bonding layer 50 is performed. Since the influence of the behavior is minimized, even when the ceramic cell 30 and the first metal separation plate 10 having a relatively large area are combined, they can be manufactured relatively flat.

이하, 본 발명에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리의 일실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a slurry for a bonding layer of a metal support solid oxide fuel cell according to the present invention will be described.

실시예1Example 1

실시예1은 상기 제1 금속분리판(10)에 도포되는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리에 관한 것이다. Example 1 is for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell is applied to the first metal separator 10 Relates to a slurry .

실시예1의 접합층용 슬러리는 제1 금속분리판(10)에 도포되어 소결과정을 통하여 제1 금속분리판(10)에 접착되는 제1 분리판접합층용 슬러리로서 금속성분, 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분, 첨가제 및 용매를 포함한다.The slurry for the bonding layer of Example 1 is a slurry for the first bonding plate bonding layer which is applied to the first metal separating plate 10 and adhered to the first metal separating plate 10 through a sintering process. An anode 34 component, an additive, and a solvent.

금속성분으로는 AISI410 분말을 포함하고, 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분으로는 NiO 분말 및 8YSZ 분말을 포함한다.The metal component includes AISI410 powder, and the anode 34 component of the ceramic cell 30 includes NiO powder and 8YSZ powder.

AISI410: NiO:
YSZ (wt%)
AISI410: NiO:
YSZ (wt%)
50 : 30 :
20
50: 30:
20
70 : 18 :
12
70: 18:
12
80 : 12 :
8
80: 12:
8
90 : 6 :
4
90: 6:
4
100 : 0 :
0
100: 0:
0
Surface
appearance
Surface
appearance
severely
cracked
severely
cracked
slightly
cracked
slightly
cracked
non-
cracked
non-
cracked
non-
cracked
non-
cracked
non-
cracked
non-
cracked
Surface

roughness
Surface

roughness

smooth

smooth

smooth

smooth

smooth

smooth

smooth

smooth

coarse

coarse

[표2]는 제1 분리판접합층(52)에 슬러리를 수십 ㎛ ~ 수백 ㎛로 도포하여 1400℃의 환원분위기에서 소결한 결과를 나타낸다.Table 2 shows the results of applying the slurry to the first separation plate bonding layer 52 in the range of tens of micrometers to several hundreds of micrometers and sintering in a reducing atmosphere at 1400 ° C.

제1 분리판접합층(52)의 표면이 매끈하고, 갈라짐이 없으면 그 위에 직접 또는 간접적으로 적층될 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)과 잘 붙으면서, 평평한 구조를 유지할 수 있다. 실시예1의 접합층용 슬러리의 가장 중요한 요구조건은 소결시 소결수축이 거의 없어야 하는 것이다. 따라서, 실시예1의 접합층용 슬러리는 소결시 소결수축이 최소화될 수 있도록 상대적으로 입경이 큰 금속성분 분말(수 ㎛ ~ 수백 ㎛의 크기를 가지는 분말)을 첨가하고, 또한 금속성분에 대한 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분의 중량비는 1 보다 작도록 하는 것이 바람직하다.If the surface of the first separation plate bonding layer 52 is smooth and there is no cracking, the first separation plate bonding layer 52 adheres well to the anode 34 of the ceramic cell 30 to be directly or indirectly stacked thereon, thereby maintaining a flat structure. . The most important requirement of the slurry for the bonding layer of Example 1 is that there should be little sinter shrinkage upon sintering. Therefore, in the slurry for the bonding layer of Example 1, a metal powder having a relatively large particle size (powder having a size of several micrometers to several hundred micrometers) is added to minimize the sintering shrinkage during sintering, and the ceramic for the metal component It is preferable that the weight ratio of the anode component of the cell is less than one.

AISI410 분말과 NiO 분말과 8YSZ 분말의 혼합물을 주재료라 할 때, [표2]를 참조하면 실시예1의 접합층용 슬러리는 주재료 대비 각각 AISI410 분말 80 ~ 90 wt%, NiO 분말 6 ~ 12 wt% 및 8YSZ 분말 4 ~ 8 wt%를 포함하는 것이 적당한 것을 알 수 있다.When the mixture of AISI410 powder, NiO powder, and 8YSZ powder is the main material, referring to [Table 2], the slurry for the bonding layer of Example 1 is 80 to 90 wt% of AISI410 powder, 6 to 12 wt% of NiO powder, and the main material, respectively. It can be seen that it is suitable to include 4 to 8 wt% of 8YSZ powder.

실시예1의 접합층용 슬러리는 첨가제로서 pore former, 결합제, 분산제, 가소제를 포함할 수 있는데, pore former는 Carbon일 수 있고, 결합제는 Butvar-98일 수 있고, 분산제는 Polyvinylpyrrolidone일 수 있고, 가소제는 Polyethyleneglycol일 수 있다.The slurry for the bonding layer of Example 1 may include pore former, binder, dispersant, plasticizer as an additive, the pore former may be Carbon, the binder may be Butvar-98, the dispersant may be Polyvinylpyrrolidone, and the plasticizer It may be Polyethyleneglycol.

실시예1의 접합층용 슬러리의 용매는 Xylene, 1-Butaneol 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물일 수 있다.The solvent of the slurry for the bonding layer of Example 1 may be any one of Xylene, 1-Butaneol, or a mixture thereof.

아래의 [표3]은 실시예1의 접합층용 슬러리 조성 중 하나의 예를 나타낸다.Table 3 below shows an example of the slurry composition for a bonding layer of Example 1.

재료material weight %weight%
주재료

Main material
AISI410AISI410 주재료 대비 80 %80% of main ingredients
NiONiO 주재료 대비 12 %12% compared to the main material 8YSZ8YSZ 주재료 대비 8 %8% compared to the main material
첨가제


additive

CabonCabon 주재료 대비 5 %5% compared to the main material
Butvar-98Butvar-98 주재료 대비 3 %3% compared to the main material PolyvinylpyrrolidonePolyvinylpyrrolidone 주재료 대비 5 %5% compared to the main material PolyethyleneglycolPolyethyleneglycol 주재료 대비 10 %10% compared to the main material 용매
menstruum
XyleneXylene 주재료 대비 39 %39% of main ingredient
1-Butaneol1-Butaneol 주재료 대비 11 %11% compared to the main material

[표3]을 참조하면 실시예1의 접합층용 슬러리는 주재료로서, 주재료 대비 각각 AISI410 분말 80 wt%, NiO 분말 12 wt% 및 8YSZ 분말 8 wt%를 포함하고, pore former로서 주재료 대비 Cabon 5 wt%을 포함하고, 결합제로서 주재료 대비 Butvar-98 3 wt%를 포함하고, 분산제로서 주재료 대비 Polyvinylpyrrolidone 5 wt%를 포함하고, 가소제로서 주재료 대비 Polyethyleneglycol 10 wt%를 포함하고, 용매로서 주재료 대비 Xylene 39 wt%와 주재료 대비 1-Butaneol 11 wt%를 포함할 수 있다.Referring to [Table 3], the slurry for the bonding layer of Example 1 includes, as a main material, 80 wt% of AISI410 powder, 12 wt% of NiO powder, and 8 wt% of 8YSZ powder, respectively, compared to the main material, and Cabon 5 wt of the main material as a pore former. 3% by weight of Butvar-98 as a binder, 3% by weight of Polyvinylpyrrolidone as a dispersant, 10% by weight of Polyethyleneglycol as a plasticizer, and 39% by weight of Xylene as a solvent. % And 11 wt% 1-Butaneol relative to the main material.

실시예2Example 2

실시예2는 상기 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34)에 도포되는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리에 관한 것이다. Example 2 of the ceramic cell 30 To the anode 34 For bonding layer of metal support type solid oxide fuel cell applied Relates to a slurry .

실시예2의 접합층용 슬러리는 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(32)에 도포되어 소결과정을 통하여 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(32)에 접착되는 연료극접합층용 슬러리로서 금속성분, 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분, 첨가제 및 용매를 포함한다.The slurry for the bonding layer of Example 2 is applied as a slurry for the anode bonding layer of the ceramic cell 30 is applied to the anode 32 of the ceramic cell 30 and adhered to the anode 32 of the ceramic cell 30 through a sintering process. A component, an anode 34 component, an additive, and a solvent of the ceramic cell 30.

금속성분으로는 AISI410 분말을 포함하고, 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분으로는 NiO 분말 및 8YSZ 분말을 포함한다.The metal component includes AISI410 powder, and the anode 34 component of the ceramic cell 30 includes NiO powder and 8YSZ powder.

실시예2의 접합층용 슬러리의 가장 중요한 요구조건은 소결시 연료극(anode)(34)과의 우수한 접합성이다. 따라서 실시예2의 접합층용 슬러리 조성은 연료극(anode)(34) 재료가 많이 들어가는 것이 바람직하다. 이를 위하여 실시예2의 접합층용 슬러리는 세라믹셀(30)의 연료극(anode)(34) 성분 분말에 대한 금속성분 분말의 중량비가 1 보다 작게 한다.The most important requirement of the slurry for the bonding layer of Example 2 is good bonding with the anode 34 during sintering. Therefore, it is preferable that the slurry composition for bonding layers of Example 2 contains many anode 34 materials. To this end, in the slurry for the bonding layer of Example 2, the weight ratio of the metal component powder to the anode 34 component powder of the ceramic cell 30 is less than one.

실시예2의 접합층용 슬러리는 첨가제로서 결합제, 분산제, 가소제를 포함할 수 있는데, pore former는 Carbon일 수 있고, 결합제는 Butvar-98일 수 있고, 분산제는 Polyvinylpyrrolidone일 수 있고, 가소제는 Polyethyleneglycol일 수 있다. 한편, 실시예2의 접합층용 슬러리의 첨가제에는 pore former가 제외될 수 있다.The slurry for the bonding layer of Example 2 may include a binder, a dispersant, a plasticizer as an additive, the pore former may be Carbon, the binder may be Butvar-98, the dispersant may be Polyvinylpyrrolidone, and the plasticizer may be Polyethyleneglycol have. On the other hand, the additive of the slurry for the bonding layer of Example 2 may be excluded pore former.

실시예2의 접합층용 슬러리의 용매는 Xylene, 1-Butaneol 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물일 수 있다.The solvent of the slurry for the bonding layer of Example 2 may be any one of Xylene, 1-Butaneol, or a mixture thereof.

아래의 [표4]는 실시예2의 접합층용 슬러리 조성 중 하나의 예를 나타낸다.Table 4 below shows an example of the slurry composition for a bonding layer of Example 2.

재료material weight %weight%
주재료

Main material
AISI410AISI410 주재료 대비 20 %20% compared to the main material
NiONiO 주재료 대비 48 %48% compared to the main material 8YSZ8YSZ 주재료 대비 32 %32% compared to the main material
첨가제

additive
Butvar-98Butvar-98 주재료 대비 5 %5% compared to the main material
PolyvinylpyrrolidonePolyvinylpyrrolidone 주재료 대비 2 %2% compared to the main material PolyethyleneglycolPolyethyleneglycol 주재료 대비 10 %10% compared to the main material 용매
menstruum
XyleneXylene 주재료 대비 234 %234% of main ingredient
1-Butaneol1-Butaneol 주재료 대비 66 %66% compared to the main material

AISI410 분말과 NiO 분말과 8YSZ 분말의 혼합물을 주재료라 할 때, [표4]를 참조하면 실시예2의 접합층용 슬러리는 주재료로서, 주재료 대비 각각 AISI410 분말 20 wt%, NiO 분말 48 wt% 및 8YSZ 분말 32 wt%를 포함하고, 결합제로서 주재료 대비 Butvar-98 5 wt%를 포함하고, 분산제로서 주재료 대비 Polyvinylpyrrolidone 2 wt%를 포함하고, 가소제로서 주재료 대비 Polyethyleneglycol 10 wt%를 포함하고, 용매로서 주재료 대비 Xylene 234 wt%와 주재료 대비 1-Butaneol 66 wt%를 포함할 수 있다. 첨가제로서 pore former가 포함되는 경우 pore former는 주재료 대비 Carbon 10 wt% 이하일 수 있다.When the mixture of AISI410 powder, NiO powder, and 8YSZ powder is the main material, referring to [Table 4], the slurry for the bonding layer of Example 2 is the main material, which is 20 wt% of AISI410 powder, 48 wt% of NiO powder, and 8YSZ, respectively. Contains 32 wt% of powder, 5 wt% of Butvar-98 as a binder, 2 wt% of Polyvinylpyrrolidone as a dispersing agent, 2 wt% of Polyvinylpyrrolidone as a dispersant, 10 wt% of Polyethyleneglycol as a solvent, and a solvent It may contain 234 wt% of xylene and 66 wt% of 1-butaneol relative to the main material. When the pore former is included as an additive, the pore former may be 10 wt% or less of carbon relative to the main material.

본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리는 제1 금속분리판(10)과 세라믹셀(30)의 연료극사이에 도포되어 소결됨으로써 제1 금속분리판(10)과 세라믹셀(30)의 연료극을 접착시키는 접착층에 사용되는 슬러리를 포함한다. 따라서, 상기한 실시예1 및 실시예2와 동일한 조성을 가지는 슬러리로서 접합층(50)을 이루기 위한 것이라면 그 도포 위치 및 도포 순서에 관계없이 당연히 본 발명에 따른 슬러리에 해당한다.The present invention is not limited thereto. The slurry for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell according to the present invention is applied between the first metal separator 10 and the anode of the ceramic cell 30 and sintered so that the first metal separator 10 and the ceramic cell ( And a slurry used for the adhesive layer for adhering the anode of 30). Therefore, if the slurry having the same composition as in Example 1 and Example 2 to achieve the bonding layer 50, it corresponds to the slurry according to the present invention irrespective of the application position and application order.

도1은 본 발명에 따른 접합층용 슬러리를 이용한 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법의 흐름도.1 is a flow chart of a method of manufacturing a metal support solid oxide fuel cell using the slurry for the bonding layer according to the present invention.

도2는 도1의 공정에 의하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 주요부의 단면도.FIG. 2 is a sectional view of an essential part of a metal support-type solid oxide fuel cell manufactured by the process of FIG.

도3은 도1의 소결단계의 흐름도.3 is a flow chart of the sintering step of FIG.

도4는 도1의 공정에 의하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 주요부의 SEM 이미지.4 is an SEM image of a main part of a metal support-type solid oxide fuel cell manufactured by the process of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10:제1 금속분리판 12:연료극 유로10: first metal separator 12: fuel electrode flow path

20:제2 금속분리판 22:공기극 유로20: second metal separator plate 22: air electrode flow path

30:세라믹셀 32:전해질30: ceramic cell 32: electrolyte

34:연료극 36:공기극34: fuel electrode 36: air electrode

40:집전체40: current collector

50:접합층 52:제1 분리판접합층50: bonding layer 52: first separation plate bonding layer

54:연료극접합층 56:매개 슬러리층54: fuel electrode bonding layer 56: mediated slurry layer

Claims (9)

소결과정을 통하여 세라믹셀의 연료극(anode)과 제1 금속분리판을 접합시키는 접합층을 포함하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리에 있어서,In the slurry for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell comprising a bonding layer for bonding the anode of the ceramic cell and the first metal separator through a sintering process, 상기 접합층용 슬러리는 금속성분과 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.Slurry for the bonding layer of the metal support solid oxide fuel cell, characterized in that the slurry for the bonding layer comprises a metal component and an anode component of the ceramic cell. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접합층용 슬러리는 금속성분으로서 AISI410 분말을 포함하고, 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분으로서 NiO 분말 및 8YSZ 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.The bonding layer slurry comprises AISI410 powder as a metal component, and NiO powder and 8YSZ powder as an anode component of the ceramic cell. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 접합층용 슬러리는 상기 제1 금속분리판에 도포되어 소결과정을 통하여 상기 제1 금속분리판에 접착되는 제1 분리판접합층용 슬러리로서, 금속성분에 대한 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분의 중량비는 1 보다 작은 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.The slurry for the bonding layer is a slurry for the first separator bonding layer which is applied to the first metal separator and adheres to the first metal separator through a sintering process, wherein the anode component of the ceramic cell with respect to the metal component is formed. Slurry for a bonding layer of a metal support-type solid oxide fuel cell, characterized in that the weight ratio is less than one. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 접합층용 슬러리는,The slurry for the bonding layer according to claim 2 or 3, wherein AISI410 분말과 NiO 분말과 8YSZ 분말의 혼합물인 주재료;A main material which is a mixture of AISI410 powder, NiO powder, and 8YSZ powder; Cabon, Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol 중 적어도 하나의 첨가제;Additives of at least one of Cabon, Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol; Xylene, 1-Butaneol 중 적어도 어느 하나의 용매;At least one solvent of Xylene, 1-Butaneol; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.Slurry for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell comprising a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 접합층용 슬러리는 주재료 대비 각각 AISI410 분말 80 ~ 90 wt%, NiO 분말 6 ~ 12 wt% 및 8YSZ 분말 4 ~ 8 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.Slurry for the bonding layer of the metal support solid oxide fuel cell, characterized in that the slurry for the bonding layer comprises AISI410 powder 80 ~ 90 wt%, NiO powder 6 ~ 12 wt% and 8YSZ powder 4 ~ 8 wt%, respectively. 제5항에 있어서, 상기 접합층용 슬러리는,The slurry for the bonding layer according to claim 5, 주재료 대비 각각 AISI410 분말 80 wt%, NiO 분말 12 wt% 및 8YSZ 분말 8 wt%;80 wt% of AISI410 powder, 12 wt% of NiO powder and 8 wt% of 8YSZ powder, respectively; 주재료 대비 각각 Cabon 5 wt% , Butvar-98 3 wt%, Polyvinylpyrrolidone 5 wt%, Polyethyleneglycol 10 wt%;Cabon 5 wt%, Butvar-98 3 wt%, Polyvinylpyrrolidone 5 wt%, Polyethyleneglycol 10 wt% relative to the main materials; 주재료 대비 Xylene 39 wt%, 1-Butaneol 11 wt%;39 wt% of Xylene and 11 wt% of 1-Butaneol relative to the main material; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.Slurry for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell comprising a. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 접합층용 슬러리는 상기 세라믹셀의 연료극(anode)에 도포되어 소결과정을 통하여 상기 세라믹셀의 연료극(anode)에 접착되는 연료극접합층용 슬러리로서, 상기 세라믹셀의 연료극(anode) 성분에 대한 금속성분의 중량비는 1 보다 작은 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.The slurry for the bonding layer is a slurry for the anode bonding layer that is applied to the anode of the ceramic cell and adheres to the anode of the ceramic cell through a sintering process, and the metal component of the anode component of the ceramic cell. Slurry for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell, characterized in that the weight ratio of less than 1. 제2항 또는 제7항에 있어서, 상기 접합층용 슬러리는,The slurry for the bonding layer according to claim 2 or 7, AISI410 분말과 NiO 분말과 8YSZ 분말의 혼합물인 주재료;A main material which is a mixture of AISI410 powder, NiO powder, and 8YSZ powder; Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol 중 적어도 하나의 첨가제;At least one additive of Butvar-98, Polyvinylpyrrolidone, Polyethyleneglycol; Xylene, 1-Butaneol 중 적어도 어느 하나의 용매;At least one solvent of Xylene, 1-Butaneol; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.Slurry for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell comprising a. 제8항에 있어서, 상기 접합층용 슬러리는,The method of claim 8, wherein the slurry for the bonding layer, 주재료 대비 각각 AISI410 분말 20 wt%, NiO 분말 48 wt% 및 8YSZ 분말 32 wt%;20 wt% of AISI410 powder, 48 wt% of NiO powder, and 32 wt% of 8YSZ powder, respectively; 주재료 대비 각각 Butvar-98 5 wt%, Polyvinylpyrrolidone 2 wt%, Polyethyleneglycol 10 wt%;5 wt% Butvar-98, 2 wt% Polyvinylpyrrolidone, and 10 wt% Polyethyleneglycol, respectively; 주재료 대비 Xylene 234 wt%, 1-Butaneol 66 wt%;234 wt% of Xylene and 66 wt% of 1-Butaneol relative to the main material; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 접합층용 슬러리.Slurry for the bonding layer of the metal support-type solid oxide fuel cell comprising a.
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