KR101034706B1 - Electrolyte for solid oxide fuel cell and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

전기 저항을 줄이고 이온 전도도를 향상시킨 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 및 그 제조방법이 개시된다. 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체의 제조방법은, 다수의 기공이 형성된 다공성 지지체를 마련하는 단계 및 상기 지지체에 바나듐 산화물을 증착하는 단계를 포함하여 형성된다.Disclosed are an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell having reduced electrical resistance and improved ion conductivity, and a method of manufacturing the same. The method for manufacturing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell includes preparing a porous support having a plurality of pores and depositing vanadium oxide on the support.

고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC), 전해질 복합체(electrolyte), 이온 전도도 Solid oxide fuel cell (SOFC), electrolyte composite, ion conductivity

Description

고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 및 그 제조방법{ELECTROLYTE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}ELECTROLYTE COMPOSITE OF SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF {ELECTROLYTE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 평판형 고체산화물 연료전지의 단위전지(cell)에 관한 것으로써, 전기 저항을 줄이고 이온 전도도를 향상시켜 저온에서 동작 가능한 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a unit cell of a planar solid oxide fuel cell, and to provide an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell operable at a low temperature by improving electrical resistance and improving ion conductivity, and a method of manufacturing the same.

연료전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 산화물 전해질을 통해 산화제(예를 들어, 산소)와 기상 연료(예를 들어, 수소)를 전기화학적으로 반응시킴으로써 직류 전기를 생산하는 에너지 전환 장치로써, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는다.A fuel cell is defined as a cell that has the ability to produce direct current by converting the chemical energy of fuel (hydrogen) directly into electrical energy, and through the oxide electrolyte, oxidant (eg oxygen) and gaseous fuel (eg For example, as an energy conversion device for producing direct current electricity by electrochemically reacting hydrogen), unlike the conventional battery, it is characterized by continuously producing electricity by supplying fuel and air from the outside.

연료전지의 종류로는 고온에서 작동하는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 및 비교적 낮은 온도에서 작동하는 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC), 고분자전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cells, DEMFC) 등이 있다.Fuel cell types include molten carbonate fuel cells (MCFCs), solid oxide fuel cells (SOFCs) operating at high temperatures, and phosphoric acid fuel cells operating at relatively low temperatures. Cell, PAFC), Alkaline Fuel Cell (AFC), Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Direct Methanol Fuel Cells (DEMFC).

고체산화물 연료전지는 600~1000℃ 고온에서 연료(수소)와 산소(공기)의 전기화학반응에 의해 연료로부터 직접적으로 전기를 발생시키는 것으로, 연료전지 중 가장 전력 변환효율(50~60%)이 높고, 산업전원 및 분산형 전원 외에 소규모 전원 및 소규모 Co-Gen 시스템으로서 실용화 가능성이 매우 높아 기대가 모아지고 있으며 세계적으로 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.Solid oxide fuel cell generates electricity directly from fuel by electrochemical reaction of fuel (hydrogen) and oxygen (air) at high temperature of 600 ~ 1000 ℃, and the most power conversion efficiency (50 ~ 60%) among fuel cells In addition to the high industrial power and distributed power, small-scale power supply and small-scale Co-Gen system, the possibility of practical use is highly expected, and research and development are actively progressing around the world.

평판형 고체산화물 연료전지는 연료극(anode)과 전해질(electrolyte) 및 공기극(cathode)으로 구성되는 단위전지의 다층 구조물(stack)로 형성된다. 통상적으로 연료극은 니켈 옥사이드(Nickel Oxide, 이하, 'NiO'라 한다)와 이트리아 안정화된 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia, 이하, 'YSZ'라 한다)의 복합체가 사용되고, 전해질은 YSZ가 사용되며, 공기극은 스트론튬 도핑된 란타늄 망가나이트(Lanthanum Strontium Manganite, 이하, 'LSM'이라 한다)와 YSZ의 복합체가 사용된다.The planar solid oxide fuel cell is formed of a multi-layer stack of unit cells including an anode, an electrolyte, and a cathode. Typically, the anode is a composite of nickel oxide (hereinafter referred to as 'NiO') and yttria stabilized zirconia (hereinafter referred to as 'YSZ'), and the electrolyte is used as YSZ. A complex of silver strontium doped lanthanum manganite (hereinafter referred to as 'LSM') and YSZ is used.

일반적으로 전해질로는 YSZ가 주로 사용되며, 스트론튬 망간 도핑된 란타늄 갈레이트(Lanthanum Strontium Gallate Magnesite, LSGM)(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85)은 높은 이온 전도도를 가지므로 전해질 재료로 사용하기 위한 연구가 진행 중이다. 이 외에도, 세리아(Ceria) 기반 구조, 페로브스카이트(perovskite) 기반 구조, 애퍼타이트(Apatite ,인회석)형 구조가 전해질로 구성될 수 있다. 그러나 p(O2)에 대한 기계적 강도와 저렴한 가격으로 인해 YSZ가 주로 사용된다.Generally, YSZ is mainly used as an electrolyte, and strontium manganese doped lanthanum gallium (Lanthanum Strontium Gallate Magnesite, LSGM) (La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85) is used as an electrolyte material because it has high ionic conductivity. Research is underway. In addition, a ceria-based structure, a perovskite-based structure, and an apatite-type structure may be configured as an electrolyte. However, YSZ is mainly used due to its mechanical strength and low price for p (O2).

그런데, 기존의 YSZ는 이트리아(Yttria)를 지르코니아(Zirconia)에 첨가하여 형성하는데, 총 전하량을 유지하려는 전하 보상 효과로 인해 산소공공(empty hole)이 생기고 고온에서는 이러한 산소공공들이 격자 내 산소이온의 이동을 용이하게 한다. 전해질의 이온 전도도는 산소공공의 농도와 산소이온의 이동성에 의해 결정된다. 여기서, 이트리아 함량을 증가시키면 산소공공의 농도가 증가하면서 이온 전도도를 향상 시킨다. 그러나 이러한 이트리아의 도핑 농도는 실질적으로 상한 농도가 있어서, 이러한 상한 농도를 초과할 경우에는 공공들의 상호 작용에 의해 산소이온의 이동 능력을 저하시킴에 따라 이온 전도도가 감소한다. 또한 고체산화물 연료전지의 작동 시 전압손실을 최소화하기 위해서는 전해질의 두께가 가능한 한 얇은 것이 유리하다.However, conventional YSZ is formed by adding yttria to zirconia, and the charge compensation effect to maintain the total amount of charge creates an empty hole and at high temperatures, these oxygen pores form oxygen ions in the lattice. To facilitate movement. The ion conductivity of the electrolyte is determined by the concentration of oxygen vacancies and the mobility of oxygen ions. Here, increasing the content of yttria improves the ion conductivity while increasing the concentration of oxygen vacancies. However, the doping concentration of yttria has a substantially upper limit, and when the upper limit is exceeded, the ionic conductivity decreases as the oxygen ions move by the interaction of the vacancy. In addition, in order to minimize voltage loss during operation of the solid oxide fuel cell, it is advantageous that the thickness of the electrolyte is as thin as possible.

특히, 고체산화물 연료전지는 600~1000℃ 고온에서 작동하는데, 저온(500~800℃)에서 작동하면서도 높은 파워밀도와 내구성을 유지하는 고체산화물 연료전지에 대한 연구가 중요한 문제이다. 그런데 이와 같이 저온에서 작동시키는 경우 계면 공정의 겉보기 활성에너지가 고체산화물 전해질의 이온 이동보다 높아서 전극의 분극현상을 증가시키는 역효과가 나타나는 문제점이 있다. 이러한 분극현상을 해결하기 위해서는 전기화학 활성을 높여야 하고, 즉, 전해질의 두께를 최소화하고 고 이온 전도도를 갖는 전해질의 개발이 중요하다 할 것이다.In particular, the solid oxide fuel cell operates at a high temperature of 600 ~ 1000 ℃, the research on a solid oxide fuel cell that maintains a high power density and durability while operating at a low temperature (500 ~ 800 ℃) is an important problem. However, when operating at a low temperature as described above, there is a problem in that the apparent active energy of the interfacial process is higher than the ion transport of the solid oxide electrolyte, thereby increasing the polarization phenomenon of the electrode. In order to solve this polarization phenomenon, it is necessary to increase the electrochemical activity, that is, it is important to minimize the thickness of the electrolyte and to develop an electrolyte having high ionic conductivity.

또한, 전해질에서 이온 전도도에 기여하는 최소한의 전자는 실제 작동 시의 산소분압의 영향을 크게 받는데 환원 분위기에서 환원 산소분압 p(O2) 하의 LSGM과 기존 물질의 전체 이온 전도도의 산소압 의존성 관계는 복잡하여서 이온 전도도의 감소나 분해라는 문제점이 있다.In addition, the minimum electrons contributing to the ionic conductivity in the electrolyte are greatly influenced by the partial pressure of oxygen in actual operation, and the relationship between the oxygen pressure dependence of LSGM under reduced oxygen partial pressure p (O2) and the total ion conductivity of the existing material in a reducing atmosphere is complicated. Therefore, there is a problem of reducing or decomposing ion conductivity.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 고체산화물 연료전지의 단위전지의 제조에 있어서, 고체 전해질의 전기 저항을 줄이고 이온 전도도를 향상시킬 수 있는 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention for solving the above problems, in the production of a unit cell of a solid oxide fuel cell, an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell that can reduce the electrical resistance of the solid electrolyte and improve the ion conductivity and a method of manufacturing the same It is to provide.

또한, 본 발명의 실시예들은 두께가 얇고 내구성이 우수한 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, embodiments of the present invention is to provide an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell having a thin thickness and excellent durability and a method of manufacturing the same.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 전기 저항이 낮고 이온 전도도가 우수한 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체의 제조방법은, 다수의 기공이 형성된 다공성 지지체를 마련하는 단계 및 상기 지지체에 바나듐 산화물을 증착하는 단계를 포함하여 형성된다.According to embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, a method for producing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell having a low electrical resistance and excellent ion conductivity, providing a porous support having a plurality of pores And depositing vanadium oxide on the support.

실시예에서, 상기 지지체는 알루미늄 산화물이 사용될 수 있다. 그리고 상기 바나듐 산화물은 상기 지지체의 기공 내에 증착된다. 여기서, 상기 바나듐 산화물은 전해증착 방식으로 증착될 수 있다.In an embodiment, the support may be aluminum oxide. And the vanadium oxide is deposited in the pores of the support. Here, the vanadium oxide may be deposited by an electrolytic deposition method.

예를 들어, 상기 지지체는 10 내지 500㎚ 크기의 다수의 기공이 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지체는 폭에 비해 길이가 긴 선 형태(일차원적 형태)를 갖는 다수의 기공이 형성될 수 있으며, 상기 다수의 기공이 나란한 방향으로 조밀하게 배치된 형태를 가질 수 있다.For example, the support may be formed with a plurality of pores of 10 to 500nm size. In addition, the support may have a plurality of pores having a long line shape (one-dimensional form) compared to the width, it may have a form in which the plurality of pores are densely arranged in a parallel direction.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 전기 저항이 낮고 이온 전도도가 우수한 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체는 다수의 기공이 형성된 다공성 지지체에 바나듐 산화물이 증착되어 형성될 수 있다.On the other hand, according to other embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, the electrolyte composite of a solid oxide fuel cell with low electrical resistance and excellent ion conductivity is deposited vanadium oxide on a porous support formed with a plurality of pores Can be formed.

실시예에서, 상기 지지체는 알루미늄 산화물로 형성되고, 상기 지지체의 기공 내에 상기 바나듐 산화물이 증착되며, 전해증착 방식으로 증착 형성될 수 있다.In an embodiment, the support may be formed of aluminum oxide, the vanadium oxide is deposited in the pores of the support, and may be deposited by electrolytic deposition.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 고체산화물 연료전지의 전해질은, 다수의 기공이 형성된 다공성 지지체 및 상기 지지체에 바나듐 산화물이 증착된 전해질 복합체로 형성될 수 있다.On the other hand, according to other embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, the electrolyte of the solid oxide fuel cell is formed of a porous support with a plurality of pores and an electrolyte composite in which vanadium oxide is deposited on the support Can be.

실시예에서, 다수의 상기 지지체와 다수의 상기 전해질 복합체가 서로 교번적으로 배치되어 형성될 수 있다. 예를 들어,상기 전해질 복합체의 양측에 고체산화물 연료전지의 연료극과 공기극이 각각 결합되도록 다수의 전해질 복합체가 나란히 배치되되, 각 전해질 복합체 사이사이에 상기 지지체가 개재되어 형성될 수 있다.In an embodiment, a plurality of the supports and a plurality of the electrolyte composites may be formed alternately with each other. For example, a plurality of electrolyte composites may be disposed side by side such that the anode and the cathode of the solid oxide fuel cell are respectively coupled to both sides of the electrolyte composite, and the support may be interposed between the electrolyte composites.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 일차원 형태의 기공을 갖는 다공성 지지체에 바나듐 산화물을 전해증착함으로써 이온 전도도가 우수하고 전기 저항이 낮은 고체산화물 연료전지의 전해질을 형성할 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the electrolyte of the solid oxide fuel cell having excellent ion conductivity and low electrical resistance may be formed by electrolytically depositing vanadium oxide on a porous support having one-dimensional pores. .

또한, 두께가 얇고 강한 내구성을 갖는 고체산화물 연료전지의 전해질을 형성할 수 있다.In addition, the electrolyte of the solid oxide fuel cell having a thin thickness and strong durability can be formed.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)의 전해질 복합체 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질이 구비된 고체산화물 연료전지의 단위전지의 모식도이다. 도 2 내지 도 4는 전해질의 주사전자현미경(SEM) 이미지 들로서, 도 2는 다공성 알루미늄 산화물 지지체의 SEM 이미지이고, 도 3과 도 4는 도 2의 지지체에 바나듐 산화물이 증착된 상태의 SEM 이미지들이다.Hereinafter, an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell (SOFC) and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. For reference, Figure 1 is a schematic diagram of a unit cell of a solid oxide fuel cell equipped with an electrolyte according to an embodiment of the present invention. 2 to 4 are scanning electron microscope (SEM) images of an electrolyte, and FIG. 2 is an SEM image of a porous aluminum oxide support, and FIGS. 3 and 4 are SEM images of vanadium oxide deposited on the support of FIG. 2. .

고체산화물 연료전지는 연료극(anode)과 전해질(electrolyte) 및 공기극(cathode)으로 구성되는 단위전지(cell)가 다층으로 적층(stack)되어 형성된다. 여기서, 고체산화물 연료전지 단위전지는 연료극과 전해질로 구성된 연료극 지지체형 전해질을 제조하는 공정과 연료극 지지체형 전해질 상에 공기극을 형성하는 공정으로 이루어진다.The solid oxide fuel cell is formed by stacking a plurality of unit cells composed of an anode, an electrolyte, and a cathode. Here, the solid oxide fuel cell unit cell includes a process of manufacturing a cathode support electrolyte consisting of a fuel electrode and an electrolyte and a process of forming an air electrode on the anode support electrolyte.

도 1을 참조하면, 단위전지(10)는 산화반응이 일어나는 연료극(11)과 환원반응이 일어나는 공기극(12) 및 전해질(13)로 이루어지고, 전해질(13)은 다공성 지지 체(131)와 바나듐 산화물이 증착된 전해질 복합체(132)로 형성된다.Referring to FIG. 1, the unit cell 10 includes a fuel electrode 11 in which an oxidation reaction occurs, an air electrode 12 and an electrolyte 13 in which a reduction reaction occurs, and the electrolyte 13 is formed of a porous support 131. Vanadium oxide is formed from the deposited electrolyte composite 132.

예를 들어, 전해질(13)은 다수의 전해질 복합체(132) 사이에 다수의 다공성 지지체(131)가 개재되어 다공성 지지체(131)와 전해질 복합체(132)가 교번적으로 배치된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 도 1에 도시한 바와 같이, 단위전지(10)는 전해질(13)의 양측에 연료극(11)과 공기극(12)이 결합되어 형성되고, 전해질(13)은 각 전해질 복합체(132)의 양측에 연료극(11)과 공기극(12)이 결합되도록 형성된다.For example, the electrolyte 13 may have a form in which the porous support 131 and the electrolyte composite 132 are alternately disposed with a plurality of porous supports 131 interposed between the plurality of electrolyte composites 132. . Here, as shown in FIG. 1, the unit cell 10 is formed by combining the anode 11 and the cathode 12 on both sides of the electrolyte 13, and the electrolyte 13 is formed of each electrolyte composite 132. The anode 11 and the cathode 12 are coupled to both sides.

여기서, 다공성 지지체(131)는 나노 사이즈를 갖는 다수의 기공(14)이 형성된 다공성 알루미늄 산화물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 다공성 지지체(131)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수십에서 수백 ㎚ 크기를 갖는 다수의 기공(14)이 조밀하게 형성되며, 폭에 비해 길이가 긴 선 형태(일차원적 형태)의 기공(14)이 형성될 수 있다. 또한, 다공성 지지체(131)는 다수의 기공(14)이 서로 조밀하게 배치될 수 있도록 나란하게 배치될 수 있다.Here, the porous support 131 may be a porous aluminum oxide formed with a plurality of pores 14 having a nano size. For example, as shown in FIG. 2, the porous support 131 has a plurality of pores 14 having densities of several tens to several hundreds of nanometers in size, and has a long line shape (one-dimensional shape) compared to the width. The pores 14 of) may be formed. In addition, the porous support 131 may be arranged side by side so that a plurality of pores 14 can be densely arranged with each other.

전해질 복합체(132)는 다공성 지지체(131)에 바나듐 산화물을 증착하여 형성된다. 여기서, 전해질 복합체(132)는 다공성 지지체(131)의 기공(14) 내부에 바나듐 산화물이 충진되도록 증착된다.The electrolyte composite 132 is formed by depositing vanadium oxide on the porous support 131. Here, the electrolyte composite 132 is deposited to fill the vanadium oxide inside the pores 14 of the porous support 131.

전해질 복합체(132)는 전해증착 방식을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전해질 복합체(132)는 기공(14)의 크기가 200㎚이고 두께가 60㎛인 다공성 알루미늄 산화물 지지체(Anodisk 25, Whatman)을 전극으로 하여 0.1M 황산 바나딜(vanadyl sulfate, VOSO4) 용액에 침지시키고 1.5V(Ag/AgCl 기준)의 전압을 인가 하여 형성될 수 있다.The electrolyte composite 132 may be formed using an electrolytic deposition method. For example, the electrolyte composite 132 has a porous aluminum oxide support (Anodisk 25, Whatman) having a size of 200 nm and a thickness of 60 nm as an electrode, and 0.1M vanadyl sulfate (VOSO 4). ) It can be formed by immersion in the solution and applying a voltage of 1.5V (Ag / AgCl reference).

여기서, 이와 같은 전해증착 방식에 따라 바나듐 산화물을 증착하되, 증착 시간에 따라 형성된 전해질 복합체(132)의 SEM 이미지를 도 3과 도 4에 도시하였다. 참고적으로, 도 3은 1시간 증착 후의 전해질 복합체(132)의 SEM 이미지이고, 도 4는 2시간 증착 후의 전해질 복합체(132)의 SEM 이미지이다. 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 전해증착 시간이 증가할 수록 다공성 지지체(131)의 기공(14) 내에 바나듐 산화물이 조밀하게 증착됨을 알 수 있다. 여기서, 바나듐 산화물의 증착 농도는 전해질(13) 및 단위전지(10)의 이온 전도도와 비례한다.Here, the vanadium oxide is deposited according to the electrolytic deposition method, SEM images of the electrolyte composite 132 formed according to the deposition time is shown in FIGS. 3 and 4. For reference, FIG. 3 is an SEM image of the electrolyte composite 132 after 1 hour deposition, and FIG. 4 is an SEM image of the electrolyte composite 132 after 2 hours deposition. As shown in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the vanadium oxide is densely deposited in the pores 14 of the porous support 131 as the electrolytic deposition time increases. Here, the deposition concentration of vanadium oxide is proportional to the ionic conductivity of the electrolyte 13 and the unit cell 10.

본 실시예에 따르면, 다공성 지지체(131)의 기공(14) 내부에 바나듐 산화물이 증착되므로 전해질 복합체(132)의 두께를 증가시키지 않으면서 전해질(13)의 이온 전도도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 얇고 내구성 있는 전해질을 형성할 수 있으며, 단위전지의 크기를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 다공성 지지체의 기공 내부에 이온 전도성이 우수한 바나듐 산화물이 증착되므로 지지체의 구조 내의 산소공공을 통해 산소 이온이 원활하게 이동할 수 있으며 분극현상을 억제할 수 있다.According to the present embodiment, since the vanadium oxide is deposited inside the pores 14 of the porous support 131, the ionic conductivity of the electrolyte 13 may be effectively improved without increasing the thickness of the electrolyte composite 132. It is possible to form a durable electrolyte, there is an effect that can minimize the size of the unit cell. In addition, since vanadium oxide having excellent ion conductivity is deposited inside the pores of the porous support, oxygen ions can be smoothly moved through the oxygen pores in the structure of the support, and polarization can be suppressed.

또한, 본 실시예에 따르면 열팽창에 의한 전극과 전해질의 전기 저항 증가와 하는 전극과 전해질 사이의 공극 발생을 억제하여 단위전지의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present embodiment, the performance of the unit cell can be improved by suppressing an increase in electric resistance of the electrode and the electrolyte due to thermal expansion and generation of voids between the electrode and the electrolyte.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like, but the embodiments and the drawings are provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above-described embodiments. In other words, various modifications and variations are possible to those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and all the things that are equivalent to or equivalent to the scope of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단위전지의 모식도;1 is a schematic diagram of a unit cell of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention;

도 2는 다공성 알루미늄 산화물 지지체의 주사전자현미경(SEM) 이미지;2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a porous aluminum oxide support;

도 3과 도 4는 도 2의 지지체에 바나듐 산화물이 증착된 상태의 SEM 이미지들이다.3 and 4 are SEM images of vanadium oxide deposited on the support of FIG. 2.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 단위전지 11: 연료극10: unit cell 11: fuel electrode

12: 공기극 13: 전해질12: air electrode 13: electrolyte

131: 다공성 지지체 132: 전해질 복합체131: porous support 132: electrolyte composite

14: 기공14: pore

Claims (11)

다수의 기공이 형성된 다공성 지지체를 마련하는 단계; 및Providing a porous support having a plurality of pores formed therein; And 상기 지지체에 바나듐 산화물을 증착하는 단계;Depositing vanadium oxide on the support; 를 포함하는 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 제조방법.Method for producing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지체는 알루미늄 산화물인 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 제조방법.The support is a method for producing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell is aluminum oxide. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 바나듐 산화물은 상기 지지체의 기공 내에 증착된 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 제조방법.The vanadium oxide is a method of manufacturing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell deposited in the pores of the support. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 바나듐 산화물은 전해증착 방식으로 증착되는 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 제조방법.The vanadium oxide is a method of manufacturing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell is deposited by electrolytic deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지체의 기공은 10 내지 500㎚ 크기를 갖는 고체산화물 연료전지의 전 해질 복합체 제조방법.The pores of the support is a method for producing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell having a size of 10 to 500nm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지체의 기공은 폭에 비해 길이가 긴 선 형태를 갖는 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체 제조방법.The pores of the support is a method of manufacturing an electrolyte composite of a solid oxide fuel cell having a long line length compared to the width. 다수의 기공이 형성된 다공성 지지체에 바나듐 산화물이 증착되어 형성된 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체.An electrolyte composite of a solid oxide fuel cell formed by depositing vanadium oxide on a porous support having a plurality of pores formed therein. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 지지체는 알루미늄 산화물로 형성되고, 상기 지지체의 기공 내에 상기 바나듐 산화물이 증착되어 형성된 고체산화물 연료전지의 전해질 복합체.The support is formed of aluminum oxide, the electrolyte complex of the solid oxide fuel cell formed by depositing the vanadium oxide in the pores of the support. 다수의 기공이 형성된 다공성 지지체 및 상기 지지체에 바나듐 산화물이 증착된 전해질 복합체로 형성된 고체산화물 연료전지의 전해질.An electrolyte of a solid oxide fuel cell formed of a porous support having a plurality of pores and an electrolyte composite in which vanadium oxide is deposited on the support. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 다수의 상기 지지체와 다수의 상기 전해질 복합체가 서로 교번적으로 배치되어 형성된 고체산화물 연료전지의 전해질.An electrolyte of a solid oxide fuel cell formed by alternately arranging a plurality of the supports and a plurality of the electrolyte composites. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 전해질 복합체의 양측에 고체산화물 연료전지의 연료극과 공기극이 각각 결합되도록 다수의 전해질 복합체가 나란히 배치되되, 각 전해질 복합체 사이사이에 상기 지지체가 개재되어 형성된 고체산화물 연료전지의 고체 전해질.A plurality of electrolyte complexes are arranged side by side such that the anode and the cathode of the solid oxide fuel cell are respectively coupled to both sides of the electrolyte complex, the solid electrolyte of the solid oxide fuel cell formed by interposing the support between each electrolyte complex.
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논문1 ; Journal of the European Ceramic Society
논문2 ; Applied Surface Science

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