KR101146681B1 - Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 경사부가 형성된 연료극을 이용하여 하측 면을 제외한 전 영역 또는 금속지지체의 상면 영역까지 얇은 전해질층을 용이하게 형성할 수 있어 실링성을 향상할 수 있으며, 제조 효율을 높일 수 있는 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a unit cell for a solid oxide fuel cell having a high sealing performance, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same, and more particularly, an upper surface of an entire region or a metal support except a lower surface by using a fuel electrode having an inclined portion. A unit cell for a solid oxide fuel cell, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same, which can easily form a thin electrolyte layer to improve a sealing property and can improve sealing performance and can improve manufacturing efficiency. will be.

Description

고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법{SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Solid oxide fuel cell and its manufacturing method {SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 경사부가 형성된 연료극을 이용하여 하측 면을 제외한 전 영역 또는 금속지지체의 상면 영역까지 얇은 전해질층을 용이하게 형성할 수 있어 실링성을 향상할 수 있으며, 제조 효율을 높일 수 있는 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a unit cell for a solid oxide fuel cell having a high sealing performance, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same, and more particularly, an upper surface of an entire region or a metal support except a lower surface by using a fuel electrode having a sloped portion. A unit cell for a solid oxide fuel cell, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same, which can easily form a thin electrolyte layer to improve a sealing property and can improve sealing performance and can improve manufacturing efficiency. will be.

연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다.Fuel cells are cells that directly convert chemical energy generated by oxidation into electrical energy, and are a new environmentally friendly future energy technology that generates electrical energy from substances rich in the earth such as hydrogen and oxygen.

연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.The fuel cell is supplied with oxygen to the cathode and hydrogen to the anode to perform an electrochemical reaction in the form of reverse electrolysis of water, which generates electricity, heat, and water, resulting in high efficiency without causing pollution. Produce electrical energy.

이와 같은 연료전지는 종래 열기관에서 한계로 작용하는 카르노 순환(Carnot Cycle)의 제한으로부터 자유롭기 때문에 40% 이상의 효율을 올릴 수 있으며, 상술한 바와 같이 배출되는 물질이 물뿐이므로 공해의 우려가 없으며, 종래 열기관과는 달리 기계적으로 운동하는 부분이 불필요하기 때문에 소형화가 가능하고 소음이 없는 등 다양한 장점을 가지고 있다. 따라서 연료전지에 관련된 각종 기술 및 연구가 활발하게 진행되고 있다.Since such fuel cells are free from the limitation of the Carnot Cycle, which acts as a limitation in the conventional heat engine, the fuel cell can increase the efficiency by 40% or more, and there is no fear of pollution since only the material discharged as described above is water. Unlike the mechanical movement part is unnecessary, it can be miniaturized and has various advantages such as no noise. Therefore, various technologies and researches related to fuel cells have been actively conducted.

연료전지는 그 전해질 종류에 따라 인산 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융 탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자 전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell), 알칼리 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell) 등 여섯 가지 종류 정도가 실용화되었거나 계획 중에 있다. 각 연료전지들의 특징을 하기의 표에 정리하였다.Depending on the type of electrolyte, the fuel cell is a phosphate fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), solid oxide fuel cell (SOFC), polymer electrolyte fuel cell Six types, including PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) and Alkaline Fuel Cell (AFC), have been put into practice or planned. The characteristics of each fuel cell are summarized in the table below.

구분division PAFCPAFC MCFCMCFC SOFCSOFC PEMFCPEMFC DMFCDMFC AFCAFC 전해질Electrolyte 인산Phosphoric Acid 탄산리튬/
탄산칼륨Lithium Carbonate /
Potassium carbonate 지르코니아/
세리아계열Zirconia /
Ceria 수소이온
교환막Hydrogen ion
Exchange membrane 수소이온
교환막Hydrogen ion
Exchange membrane 수산화칼륨Potassium hydroxide 이온전도체Ion conductor 수소이온Hydrogen ion 탄산이온Carbonate ion 산소이온Oxygen ion 수소이온Hydrogen ion 수소이온Hydrogen ion 수소이온Hydrogen ion 작동온도(℃)Working temperature (℃) 200200 650650 500~1000500-1000 < 100<100 < 100<100 < 100<100 연료fuel 수소Hydrogen 수소,
일산화탄소Hydrogen,
carbon monoxide 수소,탄화수소,일산화탄소Hydrogen, Hydrocarbon, Carbon Monoxide 수소Hydrogen 메탄올Methanol 수소Hydrogen 연료원료Fuel 도시가스,LPGCity Gas, LPG 도시가스,
LPG, 석탄City Gas,
LPG, Coal 도시가스,
LPG, 수소City Gas,
LPG, hydrogen 메탄올,
메탄휘발유,
수소Methanol,
Methane Petrol,
Hydrogen 메탄올Methanol 수소Hydrogen 효율(%)efficiency(%) 4040 4545 4545 4545 3030 4040 출력범위(W)Output range (W) 100-5000100-5000 1000-10000001000-1000000 100-100000100-100000 1-100001-10000 1-1001-100 1-1001-100 주요용도main purpose 분산발전형Distributed generation 대규모발전Large-scale development 소?중?대규모발전Small, medium and large scale power generation 수송용
동력원For transportation
Power source 휴대용전원Portable power 우주선용
전원For spacecraft
power 개발단계Development stage 실증-실용화Demonstration-Practicalization 시험-실증Exam-Demonstration 시험-실증Exam-Demonstration 시험-실증Exam-Demonstration 시험-실증Exam-Demonstration 우주선적용Spaceship

상기 표에서 알 수 있듯이 각각의 연료전지들은 그 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 알맞은 연료전지를 선택할 수 있으며, 이 중에서도 상기 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)는 상대적으로 전해질의 위치제어가 쉽고, 전해질의 위치가 고정되어 있어서 전해질 고갈의 위험성이 없으며, 부식성이 약하여 소재의 수명이 길다는 장점으로 인하여 분산 발전용, 상업용 및 가정용으로서 각광을 받고 있다.As can be seen from the above table, each fuel cell has various output ranges and uses, and thus, a fuel cell can be selected according to a purpose, among which the solid oxide fuel cell (SOFC) is relatively The position of the electrolyte is easy to control, the position of the electrolyte is fixed, there is no risk of exhaustion of the electrolyte, and the corrosiveness has been in the spotlight as distributed power generation, commercial and home use due to the advantage of long life of the material.

상기 고체산화물 연료전지의 작동원리를 나타낸 개념도로, 공기극에 산소가 공급되고, 연료극에 수소가 공급되는 경우, 이때의 반응은 하기의 식을 따른다.In the conceptual diagram showing the operation principle of the solid oxide fuel cell, when oxygen is supplied to the cathode and hydrogen is supplied to the anode, the reaction is as follows.

Figure 112010006767528-pat00001
Figure 112010006767528-pat00001

고체산화물 연료전지는 통상 전해질로서 YSZ(yttria-stabilized zirconia), 연료극으로는 Ni-YSZ 도성 합금(cermet), 공기극으로는 페로브스카이트 재질(perovskite material)을 사용하며, 이동 이온(mobile ion)으로는 산소이온을 사용한다.Solid oxide fuel cells generally use yttria-stabilized zirconia (YSZ) as an electrolyte, Ni-YSZ cermet as a fuel electrode, and perovskite material as an air electrode. Oxygen ions are used.

도 1은 종래의 고체산화물 연료전지(1)에 따른 개략도로, 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측 면에 형성되는 연료극(12) 및 공기극(13)을 포함하는 단전지(10); 상기 단전지(10)의 양측 면에 구비되는 집전부재(20); 및 내부에 상기 단전지(10) 및 집전부재(20)가 포함되도록 구비되는 분리판(30a, 30b)을 포함하여 형성된다. 1 is a schematic diagram of a conventional solid oxide fuel cell 1, and includes a electrolyte cell 11, a fuel cell 12, and a cathode 13 formed on both sides of the electrolyte layer 11 ( 10); A current collector member 20 provided on both sides of the unit cell 10; And separating plates 30a and 30b provided to include the unit cell 10 and the current collecting member 20 therein.

상기 분리판(30a, 30b)은 상기 단전지(10) 및 집전부재(20)를 지지함과 동시에 공급통로(31a, 31b)가 형성되어 연료가스 및 공기(산소)를 공급한다. The separation plates 30a and 30b support the unit cell 10 and the current collecting member 20, and supply passages 31a and 31b are formed to supply fuel gas and air (oxygen).

한편, 상기 고체산화물 연료전지(1)는 상기 연료가스 및 공기가 정해진 경로를 통해서만 이동되어야 하는데, 상기 연료가스 및 공기가 섞이거나 밖으로 누출될 경우에 전지 성능이 급격히 저하되므로 상당히 높은 수준의 밀봉 기술이 요구된다.On the other hand, the solid oxide fuel cell (1) is to be moved only through the fuel gas and air through a predetermined path, when the fuel gas and air is mixed or leak out of the battery performance is sharply degraded significantly high level sealing technology Is required.

그런데, 종래의 고체산화물 연료전지(1)는 일반적으로 상기 분리판(30a, 30b)간의 접합 및, 단전지(10)와 분리판의 접합(도 1에서는 단전지(10)의 공기극(13)이 형성된 측이 밀봉재(40)를 이용하여 상측 분리판(30b)에 접합된 예를 도시하였다.)에 통상 유리재료 기반의 밀봉재(40)가 이용된다.However, the conventional solid oxide fuel cell 1 generally has a junction between the separator plates 30a and 30b and a junction of the unit cell 10 and the separator plate (in FIG. 1, the cathode 13 of the unit cell 10). An example in which the formed side is bonded to the upper separating plate 30b using the sealing material 40 is shown.) A glass material-based sealing material 40 is usually used.

그러나 상기 유리재료 기반의 밀봉재(40)는 외부 충격에 의해 깨지기 쉬워 요구되는 충분한 강도를 갖기 어려우며, 반복적인 온도 변화에 의해 변형이 쉽게 유발되어 충분한 실링능력을 기대하기 어려운 문제점이 있어 고체산화물 연료전지(1) 성능 저하의 주된 원인이 된다.However, the glass-based sealing material 40 is hard to be broken by an external impact, it is difficult to have a sufficient strength, the deformation is easily caused by repeated temperature changes, it is difficult to expect a sufficient sealing capacity solid oxide fuel cell (1) It is a major cause of performance degradation.

또한, 상기 집전부재(20)는 상기 단전지(10)와 분리판(30a, 30b) 사이에 배치되어 전기적 성능을 향상시키는 구성으로, 금속합금 또는 귀금속으로 이루어진 메쉬형태로 이루어지며, 상기 단전지(10)로 상기 연료가스 및 공기가 균일하게 공급되도록 하지만, 상기 메쉬타입의 집전부재(20)가 구비됨으로써 실링이 더욱 어려워지며 집전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
In addition, the current collector member 20 is disposed between the unit cell 10 and the separators 30a and 30b to improve electrical performance. The current collector member 20 is formed of a metal alloy or a noble metal mesh, and the unit cell Although the fuel gas and air are uniformly supplied to 10, the mesh type current collecting member 20 is provided, which makes the sealing more difficult and lowers current collection efficiency.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 경사부가 형성된 연료극을 이용하여 하측 면을 제외한 전 영역 또는 금속지지체의 상면 영역까지 얇은 전해질층을 용이하게 형성할 수 있어 실링성을 향상할 수 있으며, 제조 효율을 높일 수 있는 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems described above, an object of the present invention is to easily form a thin electrolyte layer to the entire region except the lower surface or the upper surface region of the metal support by using the fuel electrode in which the inclined portion is formed. The present invention provides a solid oxide fuel cell unit cell including the same, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same, which can improve sealing performance and improve sealing performance.

또한, 본 발명의 목적은 금속지지체와 단위셀의 결합 시, 단위셀과 금속지지체에 각각 제1접합재와 제2접합재를 도포한 후 소결 접합되도록 함으로써 구조적인 강도를 크게 향상할 수 있는 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
In addition, an object of the present invention, when the metal support and the unit cell are bonded, the first cell and the second support material is applied to the unit cell and the metal support, respectively, and then sintered to improve the sealing performance which can greatly improve the structural strength. The present invention provides a unit cell for a solid oxide fuel cell, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 고체산화물 연료전지용 단위셀(130)은 둘레부가 하부 외측 방향으로 경사지게 형성된 경사부(132)를 포함하는 연료극(131); 및 상기 연료극(131)의 상측에 형성되는 전해질층(133)을 포함하는 것을 특징으로 한다. The unit cell 130 for a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a fuel electrode 131 including an inclined portion 132 having a circumferential portion inclined in a lower outward direction; And an electrolyte layer 133 formed on the fuel electrode 131.

이 때, 상기 고체산화물 연료전지용 단위셀(130)은 상기 전해질층(133)이 상기 연료극(131)의 경사부(132)에 연장되어 상기 연료극(131)의 하측을 제외한 전면을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
In this case, the solid oxide fuel cell unit cell 130 is formed so that the electrolyte layer 133 extends to the inclined portion 132 of the fuel electrode 131 to surround the entire surface except the lower side of the fuel electrode 131. It is characterized by.

한편, 본 발명의 고체산화물 연료전지(1000)는 상술한 바와 같은 특징을 가지는 고체산화물 연료전지용 단위셀(130); 상기 단위셀(130)의 전해질층(133) 상측 면에 형성되는 공기극(141); 상기 연료극(131)의 하측에 접합재에 의해 소결 접합되는 금속지지체(150); 공기 또는 연료가 유동되는 유로(111, 121)가 형성되는 제1분리판(110) 및 제2분리판(120);을 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention comprises a unit cell 130 for a solid oxide fuel cell having the characteristics as described above; An air electrode 141 formed on an upper surface of the electrolyte layer 133 of the unit cell 130; A metal support 150 which is sintered and joined by a bonding material under the fuel electrode 131; And a first separation plate 110 and a second separation plate 120 in which flow paths 111 and 121 through which air or fuel flows are formed.

또한, 상기 고체산화물 연료전지(1000)는 상기 전해질층(133)이 상기 금속지지체(150)의 상측 면까지 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the solid oxide fuel cell 1000 is characterized in that the electrolyte layer 133 is formed to extend to the upper surface of the metal support 150.

또, 상기 고체산화물 연료전지(1000)는 복수회 적층되어 스택형으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the solid oxide fuel cell 1000 is stacked multiple times, characterized in that the stack is manufactured.

한편, 본 발명의 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법은 둘레부가 하부 외측 방향으로 경사지게 형성된 경사부(132)를 포함하는 연료극(131)을 제조하는 연료극(131) 제조 단계(S110); 상기 연료극(131)의 하면과 금속지지체(150)를 접합하는 금속지지체(150) 고정 단계(S120); 접합된 연료극(131) 및 금속지지체(150)의 상측 면에 전해질층(133)을 형성하는 전해질층(133) 형성 단계(S130); 상기 전해질층(133)의 상측에 공기극(141)을 형성하는 공기극(141) 형성 단계(S140); 및 조립 단계(S150); 를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the solid oxide fuel cell 1000 manufacturing method of the present invention comprises a fuel electrode 131 manufacturing step (S110) for manufacturing a fuel electrode 131 including the inclined portion 132 formed inclined in the circumferential bottom direction; Fixing the metal support 150 to the lower surface of the anode 131 and the metal support 150 (S120); Forming an electrolyte layer 133 on the upper surfaces of the bonded anode 131 and the metal support 150 (S130); A cathode 141 forming step of forming an cathode 141 on the electrolyte layer 133 (S140); And assembling step (S150); Characterized in that it comprises a.

또한, 상기 금속지지체(150) 고정 단계(S120)는 상기 연료극(131)과 금속지지체(150)가 접합재를 이용하여 소결 접합되는 것을 특징으로 하며, 이 때, 상기 금속지지체(150) 고정 단계(S120)는 금속지지체(150)의 일측에 제1접합재(171)를 도포하는 제1접합재(171) 도포 단계(S121); 건조 단계(S122); 상기 연료극(131)의 일측에 제2접합재(172)를 도포하는 제2접합재(172) 도포 단계(S123); 상기 금속지지체(150)의 제1접합재(171)가 형성된 측과, 상기 연료극(131)의 제2접합재(172)가 형성된 측을 서로 밀착한 후, 소결하는 소결 접합 단계(S124); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the fixing step (S120) of the metal support 150 is characterized in that the fuel electrode 131 and the metal support 150 is sintered by using a bonding material, at this time, fixing the metal support 150 ( S120 is a step of applying the first bonding material 171 (S121) for applying the first bonding material 171 to one side of the metal support 150; Drying step (S122); A step (S123) of applying a second bonding material 172 to apply a second bonding material 172 to one side of the anode 131; A sintering joining step (S124) of sintering the metal support member 150 on which the first bonding material 171 is formed and the side of the fuel electrode 131 on which the second bonding material 172 is formed to be in close contact with each other; And a control unit.

한편, 본 발명의 다른 고체산화물(1000) 연료전지 제조 방법은 둘레부가 하부 외측 방향으로 경사지게 형성된 경사부(132)를 포함하는 연료극(131)을 제조하는 연료극(131) 제조 단계(S210); 상기 연료극(131)의 하면을 제외한 전 영역에 제1전해질층(133a)를 형성하는 제1전해질층(133a) 형성 단계(S220); 상기 제1전해질층(133a)이 형성된 연료극(131)의 하면과 금속지지체(150)를 접합하는 금속지지체(150) 고정 단계(S230); 상기 금속지지체(150)의 연료극(131)이 접합되지 않은 주변부에 상기 제1전해질층(133a)에 연속되게 제2전해질층(133b)를 형성하는 제2전해질층(133b) 형성 단계(S240); 상기 제1전해질층(133a)의 상측에 공기극(141)을 형성하는 공기극(141) 형성 단계(S250); 및 조립 단계(S260); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, another solid oxide (1000) fuel cell manufacturing method of the present invention comprises a fuel electrode (131) manufacturing step (S210) for manufacturing a fuel electrode 131 including a slanted portion 132 formed around the circumference inclined downward; Forming a first electrolyte layer 133a in all regions except the lower surface of the anode 131 (S220); Fixing the metal support 150 to the lower surface of the anode 131 on which the first electrolyte layer 133a is formed and the metal support 150; Forming a second electrolyte layer 133b on the periphery to which the anode 131 of the metal support 150 is not bonded to form the second electrolyte layer 133b continuously to the first electrolyte layer 133a (S240). ; A cathode 141 forming step of forming an cathode 141 on the first electrolyte layer 133a (S250); And an assembling step (S260); Characterized in that it comprises a.

이에 따라, 본 발명의 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법은 경사부가 형성된 연료극을 이용하여 하측 면을 제외한 전 영역 또는 금속지지체의 상면 영역까지 얇은 전해질층을 용이하게 형성할 수 있어 실링성을 향상할 수 있으며, 제조 효율을 높일 수 있는 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the unit cell for a solid oxide fuel cell, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same, which improve the sealing performance of the present invention, are thinned to the entire region except the lower surface or the upper surface region of the metal support using the anode having the inclined portion. The present invention provides a solid oxide fuel cell unit cell including the same, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명의 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법은 금속지지체와 단위셀의 결합 시, 단위셀과 금속지지체에 각각 제1접합재와 제2접합재를 도포한 후 소결 접합되도록 함으로써 구조적인 강도를 크게 향상할 수 있는 장점이 있다.
In addition, the unit cell for a solid oxide fuel cell, the solid oxide fuel cell including the same, and the manufacturing method of the solid oxide fuel cell having improved sealing performance of the present invention, when the metal support and the unit cell is combined, the first bonding material and the second support, respectively, By applying the bonding material and then sintered bonding there is an advantage that can significantly improve the structural strength.

도 1은 종래의 고체산화물 연료전지에 따른 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단위셀의 사시도 및 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단위셀의 다른 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 단위셀 및 금속지지체 형태를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법의 단계도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법의 금속지지체 고정 단계를 나타낸 도면 및 단계도.
도 10은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법의 다른 단계도.
도 11은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법의 금속지지체 고정 단계를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법의 제2전해질층 형성 단계를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명 및 종래의 단위셀을 비교한 개략도. 1 is a schematic view of a conventional solid oxide fuel cell.
2 and 3 are a perspective view and a cross-sectional view of a unit cell for a solid oxide fuel cell according to the present invention.
4 is another cross-sectional view of a unit cell for a solid oxide fuel cell according to the present invention;
5 is a schematic diagram of a solid oxide fuel cell according to the present invention;
6 is a cross-sectional view showing the unit cell and the metal support of the solid oxide fuel cell according to the present invention.
Figure 7 is a step of the solid oxide fuel cell manufacturing method according to the present invention.
8 and 9 are a view and a step showing a metal support fixing step of the solid oxide fuel cell manufacturing method according to the present invention.
10 is another step of the solid oxide fuel cell manufacturing method according to the present invention.
11 is a view showing a metal support fixing step of the solid oxide fuel cell manufacturing method according to the present invention.
12 is a view showing a second electrolyte layer forming step of the method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to the present invention.
Figure 13 is a schematic diagram comparing the present invention and the conventional unit cell.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀(130), 이를 포함하는 고체산화물 연료전지(1000) 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a unit cell 130 for a solid oxide fuel cell, a solid oxide fuel cell 1000 including the same, and a method of manufacturing the same, which improve the sealing performance of the present invention having the characteristics as described above, will be described in detail with reference to the accompanying drawings. .

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단위셀(130)의 사시도 및 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단위셀(130)의 다른 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1000)의 개략도이고, 도 6은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1000)의 단위셀(130) 및 금속지지체(150) 형태를 나타낸 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법의 단계도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법의 금속지지체(150) 고정 단계(S120)를 나타낸 도면 및 단계도이다.
2 and 3 are a perspective view and a cross-sectional view of a unit cell 130 for a solid oxide fuel cell according to the present invention, Figure 4 is another cross-sectional view of a unit cell 130 for a solid oxide fuel cell according to the present invention, Figure 5 6 is a schematic view of a solid oxide fuel cell 1000 according to the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the unit cell 130 and the metal support 150 of the solid oxide fuel cell 1000 according to the present invention. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solid oxide fuel cell 1000 according to the present invention, and FIGS. 8 and 9 illustrate a step of fixing the metal support 150 of the method of manufacturing a solid oxide fuel cell 1000 according to the present invention. And step diagrams.

본 발명의 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지(1000) 단위셀(130)은 고체산화물 연료전지(1000)를 구성하는 일부 구성품으로서, 연료극(131) 및 전해질층(133)을 포함하여 형성된다. The unit cell 130 of the solid oxide fuel cell 1000 having the improved sealing performance according to the present invention is a part of the solid oxide fuel cell 1000, and includes a fuel electrode 131 and an electrolyte layer 133.

이 때, 상기 연료극(131)은 둘레부가 하부 외측방향으로 경사지게 형성되는 경사부(132)가 형성된다. At this time, the fuel electrode 131 is formed with an inclined portion 132 is formed in the circumferential portion inclined in the lower outer direction.

상기 전해질층(133)은 상기 연료극(131)의 상측 면에 형성되는 부분으로서, 상기 연료극(131)의 상측 영역 및 경사부(132) 영역까지 연장되어 상기 연료극(131)의 하측을 제외한 전면을 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다. The electrolyte layer 133 is formed on the upper surface of the anode 131 and extends to the upper region and the inclined portion 132 region of the anode 131 to cover the entire surface except the lower side of the anode 131. It is preferably formed to wrap.

상기 연료극(131)은 연료가 이동될 수 있도록 내부에 기공이 형성된 재질로 형성됨에 따라 공급되는 연료가 연료극(131)의 둘레부분을 따라 외부로 누설될 가능성이 있으므로, 본 발명의 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지(1000) 단위셀(130)은 상기 전해질층(133)이 상기 연료극(131)의 하측 면을 제외한 전체 면(상측 및 둘레부분-경사부(132))에 형성되도록 한다. Since the fuel electrode 131 is formed of a material having pores therein to move the fuel, the supplied fuel may leak to the outside along the circumferential portion of the fuel electrode 131, thereby improving the sealing performance of the present invention. The unit cell 130 of the solid oxide fuel cell 1000 allows the electrolyte layer 133 to be formed on the entire surface (upper and circumferential-inclined portions 132) except for the lower surface of the anode 131.

상기 연료극(131)의 경사부(132)는 전해질층(133) 형성과정에서 상기 경사부(132) 영역에 전해질층(133) 형성 입자가 용이하게 코팅되도록 함으로써 전해질층(133)의 형성이 용이하도록 한다. The inclined portion 132 of the fuel electrode 131 is easy to form the electrolyte layer 133 by coating the particles forming the electrolyte layer 133 on the inclined portion 132 region in the process of forming the electrolyte layer 133. Do it.

또한, 상기 전해질층(133)은 두께(t)가 증가될수록 그 저항이 증가되므로 연료전지(1000)의 성능을 높이기 위해서는 얇게 형성되는 것이 바람직한데, 상기 전해질층(133)의 두께(t)가 얇게 형성되는 경우에, 상기 연료극(131)의 측면부와 둘레부분의 모서리 부분의 전해질층(133)이 파괴되기 쉬우며, 상기 영역을 통해 연료가 누설될 수 있다. In addition, since the resistance of the electrolyte layer 133 increases as the thickness t increases, it is preferable that the electrolyte layer 133 is formed thin in order to increase the performance of the fuel cell 1000. The thickness t of the electrolyte layer 133 is When thinly formed, the electrolyte layer 133 of the edge portion of the side portion and the peripheral portion of the anode 131 is easily broken, and fuel may leak through the region.

이에 따라, 본 발명의 밀봉 성능을 높인 고체산화물 연료전지용 단위셀(130)은 상기 연료극(131)의 둘레부에 경사부(132)가 형성되어 연료극(131)의 상측 면과 측면부의 형성 각도를 크게 함으로써 전해질층(133)의 형성이 용이하도록 한다. Accordingly, in the unit cell 130 for solid oxide fuel cell having improved sealing performance of the present invention, the inclined portion 132 is formed at the periphery of the anode 131 to form an angle between the upper surface and the side surface of the anode 131. By making it large, the formation of the electrolyte layer 133 is facilitated.

상기 연료극(131)의 경사부(132)는 상기 도 3에 도시한 바와 같이, 연료극(131)의 상측 면과 둘레부가 특정 경사각을 갖도록 형성될 수도 있으며, 도 4에 도시한 바와 같이, 완만한 곡선부를 형성하도록 형성될 수 있다.
As shown in FIG. 3, the inclined portion 132 of the anode 131 may be formed such that the upper surface and the circumference of the anode 131 have a specific inclination angle. As shown in FIG. It may be formed to form a curved portion.

한편, 본 발명의 고체산화물 연료전지(1000)는 도 5에 도시한 바와 같이, 단위셀(130); 공기극(141); 금속지지체(150); 제1분리판(110) 및 제2분리판(120)을 포함하여 형성된다. On the other hand, the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention, as shown in Figure 5, the unit cell 130; An air electrode 141; Metal support 150; It is formed including the first separator plate 110 and the second separator plate 120.

상기 단위셀(130)은 상술한 바와 같은 특징을 갖도록 형성된다. The unit cell 130 is formed to have the characteristics as described above.

상기 공기극(141)은 상기 단위셀(130)의 전해질층(133) 상측 면에 형성되는 구성이다. The cathode 141 is formed on the upper surface of the electrolyte layer 133 of the unit cell 130.

상기 금속지지체(150)는 상기 단위셀(130)의 연료극(131) 하측에 구비되며, 접합재에 의해 연료극(131)과 소결 접합된다. The metal support 150 is provided under the fuel electrode 131 of the unit cell 130, and is sintered and bonded to the fuel electrode 131 by a bonding material.

상기 금속지지체(150)는 상기 단위셀(130)을 지지하여 내구성을 높이며, 연료전지(1000)의 집전효율을 높일 수 있도록 하는 구성으로서, 내부에 연료가 유동될 수 있는 중공부(151)가 복수개 형성된다. The metal support 150 is configured to increase durability by supporting the unit cell 130 and to increase current collection efficiency of the fuel cell 1000. A hollow part 151 through which fuel can flow is provided. A plurality is formed.

상기 금속지지체(150)는 접합 및 조립(적층) 과정 중에 변형되지 않는 정도의 기계적 강도 및 내열성을 가지며, 전도성이 있는 금속, 금속 합금 등이 이용가능하다. The metal support 150 has a mechanical strength and heat resistance that does not deform during bonding and assembly (lamination), and a conductive metal, a metal alloy, or the like may be used.

상기 제1분리판(110) 및 제2분리판(120)은 각각 금속지지체(150) 및 공기극(141) 측에서 서로 접합되는 구성으로서, 내부에 연료 또는 공기가 유동되는 유로(111, 121)가 형성된다. The first separator plate 110 and the second separator plate 120 are joined to each other at the metal support 150 and the cathode 141, respectively, and have flow paths 111 and 121 through which fuel or air flows. Is formed.

상기 유로(111, 121)는 상기 금속지지체(150)의 중공부(151)와 함께 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다. The flow paths 111 and 121 may be formed to have various shapes together with the hollow part 151 of the metal support 150.

도 6은 본 발명에 따른 전해질층(133)이 형성되는 영역을 나타낸 도면으로서, 도 6 (a)는 상기 전해질층(133)이 상기 연료극(131)과 금속지지체(150)의 접합 후에, 접합된 하측 면을 제외한 상기 연료극(131)의 전체 영역에 전해질층(133)이 형성된 예를 나타내었다. 6 is a view showing a region in which the electrolyte layer 133 is formed according to the present invention. FIG. 6 (a) shows that the electrolyte layer 133 is bonded after the fuel electrode 131 is bonded to the metal support 150. An example in which the electrolyte layer 133 is formed in the entire region of the anode 131 except for the lower side is shown.

상기 도 6 (b)는 상기 도 6 (a)에 도시한 형태와 동일하되, 상기 전해질층(133)이 상기 금속지지체(150)의 상측 면 전체까지 연장되도록 형성되어 연료의 누설을 완벽하게 차단하도록 한 예를 도시하였다. 6 (b) is the same as that shown in FIG. 6 (a), but the electrolyte layer 133 is formed to extend to the entire upper surface of the metal support 150 to completely block leakage of fuel. An example is shown.

상술한 바와 같이, 본 발명의 고체산화물 연료전지(1000)는 전해질층(133)이 파괴되는 영역 없이 고르게 전해질층(133)을 형성할 수 있으며, 연료극(131)의 상측 영역뿐만 아니라, 연료극(131)의 둘레부분(경사부(132) 형성 영역) 또는 연료극(131)의 둘레부분과 금속지지체(150)의 상측 영역까지 연장 형성되어 실링성을 높이며, 이에 따라 연료전지(1000)의 에너지 생산 효율을 향상할 수 있는 장점이 있다. As described above, the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention may form the electrolyte layer 133 evenly without an area where the electrolyte layer 133 is destroyed, and not only an upper region of the anode 131, but also a fuel electrode ( It extends to the circumferential portion of the 131 (region in which the inclined portion 132 is formed) or the circumferential portion of the anode 131 and the upper region of the metal support 150 to increase the sealing property, thereby producing energy of the fuel cell 1000. There is an advantage to improve the efficiency.

본 발명의 고체산화물 연료전지(1000)는 상기 금속지지체(150)와 제1분리판(110) 사이에 제1집전부재(161) 또는 상기 공기극(141)과 제2분리판(120) 사이에 제2집전부재(162)가 더 구비되어 집전효율을 높일 수 있도록 할 수 있다. In the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention, the first collector member 161 or the cathode 141 and the second separator 120 are disposed between the metal support 150 and the first separator plate 110. The second current collecting member 162 may be further provided to increase the current collecting efficiency.

상기 집전부재(161, 162)는 각각 연료 및 공기의 공급 통로 상에 배치되어 전기적 성능을 향상시키는 구성으로, 금속합금 또는 귀금속으로 이루어진 메쉬형태로 이루어지며, 상기 연료가스 및 공기가 균일하게 공급되도록 한다. The current collecting members 161 and 162 are disposed on the supply passages of fuel and air, respectively, to improve electrical performance. The current collecting members 161 and 162 are formed of a metal alloy or a noble metal mesh to uniformly supply the fuel gas and air. do.

도 5에서는 상기 제1집전부재(161) 및 제2집전부재(162)가 모두 형성된 예를 도시하였다. 5 illustrates an example in which both the first current collecting member 161 and the second current collecting member 162 are formed.

또한, 본 발명의 고체산화물 연료전지(1000)는 복수회 적층되어 스택형으로 제조가능하다.
In addition, the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention may be stacked and fabricated in a stack.

아래에서는 본 발명의 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention will be described.

본 발명의 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법은 연료극(131) 제조 단계(S110); 금속지지체(150) 고정 단계(S120); 전해질층(133) 형성 단계(S130); 공기극(141) 형성 단계(S140); 및 조립 단계(S150); 를 포함한다. Solid oxide fuel cell 1000 manufacturing method of the present invention comprises a fuel electrode 131 manufacturing step (S110); Fixing the metal support 150 (S120); Forming an electrolyte layer 133 (S130); A cathode 141 forming step (S140); And assembling step (S150); It includes.

상기 연료극(131) 제조 단계(S110)는 둘레부가 하부 외측 방향으로 경사지게 형성된 경사부(132)를 포함하는 연료극(131)을 제조하는 단계이다. The anode 131 manufacturing step (S110) is a step of manufacturing the anode 131 including an inclined portion 132 having a circumferential portion inclined in a lower outward direction.

상기 금속지지체(150) 고정 단계(S120)는 상기 연료극(131)의 하면과 금속지지체(150)를 접합하는 단계로서, 접합재를 이용하여 소결 접합하는 방법이 이용될 수 있으며, 이 외에도 물질적 혹은 화학적인 다른 접합 방법을 이용하여 결합될 수도 있다. The fixing of the metal support 150 (S120) is a step of bonding the lower surface of the fuel electrode 131 and the metal support 150, and a method of sintering and bonding using a bonding material may be used. Or may be joined using other bonding methods.

상기 금속지지체(150)와 연료극(131)은 서로 다른 성질을 갖는 재질로서, 상기 금속지지체(150)는 금속의 성질을 가지며, 상기 연료극(131)은 세라믹의 특성에 보다 가까워 상기 연료극(131)과 금속지지체(150)의 접합력이 저하될 수 있다. The metal support 150 and the anode 131 are materials having different properties from each other. The metal support 150 has a metal property, and the fuel electrode 131 is closer to a ceramic characteristic, so the fuel electrode 131 Bonding force between the metal support 150 and the lowering may be reduced.

본 발명의 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법은 상기 도 9에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 금속지지체(150) 고정 단계(S120)가 제1접합재(171) 도포 단계(S121), 건조 단계(S122), 제2접합재(172) 도포 단계(S123) 및 소결 접합 단계(S124)를 포함하여 수행되도록 한다. In the method of manufacturing the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention, as shown in FIG. 9, in order to solve the above problems, the fixing step (S120) of the metal support 150 is applied to the first bonding material 171. The step S121, the drying step S122, the second bonding material 172 coating step S123 and the sintering bonding step S124 may be performed.

상기 제1접합재(171) 도포 단계(S121)는 상기 금속지지체(150)의 일측에 제1접합재(171)를 도포하는 단계로서, 상기 제1접합재(171)는 금속분말, 연료극(131) 구성 물질 및 첨가제(기공형성제, 솔벤트, 바인더, 가소제, 분산제)를 포함하여 구성되며, 상기 금속분말의 함량이 연료극(131) 구성 물질의 함량보다 많게 형성되는 것이 바람직하다. The applying of the first bonding material 171 (S121) is a step of applying the first bonding material 171 to one side of the metal support 150, the first bonding material 171 is a metal powder, the fuel electrode 131 It comprises a material and additives (pore-forming agent, solvent, binder, plasticizer, dispersant), it is preferable that the content of the metal powder is formed to be higher than the content of the material constituting the anode (131).

상기 금속분말은 AISI410, Fe-Cr-Ni 계의 것이 이용될 수 있으며, 상기 연료극(131) 구성 물질은 8YSZ, NiO, Ce계 전해질물질이 이용될 수 있으며, 이 외에도 다양하게 형성될 수 있다. The metal powder may be AISI410, Fe-Cr-Ni-based, and the material of the anode 131 may be 8YSZ, NiO, or Ce-based electrolyte, and may be variously formed.

상기 건조 단계(S122)는 상기 제1접합재(171)가 도포된 금속지지체(150)를 건조하는 단계이며, 상온에서 건조된다. The drying step (S122) is a step of drying the metal support 150 to which the first bonding material 171 is applied, and is dried at room temperature.

상기 제2접합재(172) 도포 단계(S123)는 제1접합재(171)가 형성된 금속지지체(150)와 연료극(131)을 접합하기 위한 제2접합재(172)를 연료극(131)의 일측에 도포하는 단계로서, 상기 제2접합재(172)는 상기 제1접합재(171)와 같이, 금속분말, 연료극(131) 구성 물질 및 첨가제(기공형성제, 솔벤트, 바인더, 가소제, 분산제)를 포함하여 구성되나, 상기 연료극(131) 구성 물질의 함량이 상기 금속 분말의 함량보다 많게 형성되는 것이 바람직하다. In the step of applying the second bonding material 172 (S123), the second bonding material 172 for bonding the metal support 150 on which the first bonding material 171 is formed to the fuel electrode 131 is applied to one side of the fuel electrode 131. As the first bonding material 172, the second bonding material 172, like the first bonding material 171, comprises a metal powder, a fuel electrode 131 constituent material and additives (pore-forming agent, solvent, binder, plasticizer, dispersant) However, the content of the anode 131 constituent material is preferably formed to be higher than the content of the metal powder.

이 때, 상기 금속지지체(150) 및 연료극(131)의 형성 두께에 따라 상기 제1접합재(171) 및 제2접합재(172)의 도포 두께 정도는 조절될 수 있다.At this time, the coating thickness of the first bonding material 171 and the second bonding material 172 may be adjusted according to the thickness of the metal support 150 and the fuel electrode 131.

즉, 상기 제1접합재(171)는 상기 제2접합재(172)에 의한 연료극(131)과 금속지지체(150)의 접합이 용이하도록 하는 구성으로서, 상기 소결 접합 단계(S124)를 통해 상기 금속지지체(150)와 연료극(131)은 최종적으로 서로 접합된다. That is, the first bonding material 171 is configured to facilitate the bonding between the fuel electrode 131 and the metal support 150 by the second bonding material 172, and the metal support through the sintering bonding step S124. 150 and the fuel electrode 131 are finally joined to each other.

상기 소결 접합 단계(S124)는 상기 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2접합재(172) 도포 단계(S123) 이후에, 상기 제2접합재(172)가 건조되기 이전에 상기 금속지지체(150)의 제1접합재(171)가 도포되어 건조된 측과 상기 연료극(131)의 제2접합재(172)가 형성된 측을 서로 밀착하고, 1300~1450℃의 온도로 2~10시간 동안 비활성가스 분위기에서 소결을 진행한다. As shown in FIG. 8, the sintered bonding step S124 may include the metal support 150 after the second bonding material 172 is dried before the second bonding material 172 is dried, as shown in FIG. 8. The first bonding material 171 is applied and dried and the side where the second bonding material 172 of the fuel electrode 131 is formed in close contact with each other, at a temperature of 1300 ~ 1450 ℃ for 2 to 10 hours in an inert gas atmosphere Proceed with sintering.

본 발명의 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법은 상기 연료극(131)과 금속지지체(150)가 접합재를 이용하여 소결 접합됨으로써 집전 효율을 보다 향상할 수 있으며, 밀봉 성능을 향상할 수 있고, 전체 내구성 및 기계적 강도를 보다 높일 수 있는 장점이 있다. In the method of manufacturing the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention, the fuel electrode 131 and the metal support 150 are sintered and bonded by using a bonding material to further improve current collecting efficiency, and improve sealing performance. There is an advantage that can increase the durability and mechanical strength more.

상기 전해질층(133) 형성 단계(S130)는 접합된 연료극(131) 및 금속지지체(150)의 상측 면에 전해질층(133)을 형성하는 단계이다. The forming of the electrolyte layer 133 (S130) is a step of forming the electrolyte layer 133 on the upper surfaces of the bonded anode 131 and the metal support 150.

이 때, 상기 전해질층(133)이 형성되는 영역은 연료극(131)의 상측 면, 연료극(131)의 경사부(132)가 형성된 둘레부 및 금속지지체(150)와 연료극(131)이 접합되는 영역까지 형성되거나(도 6 (a) 참조, 상기 부분을 포함하며, 금속지지체(150)의 나머지 상면 영역까지 연장(도 6 (b))되도록 형성될 수 있다. In this case, the region in which the electrolyte layer 133 is formed is formed on the upper surface of the anode 131, the circumferential portion where the inclined portion 132 of the anode 131 is formed, and the metal support 150 and the anode 131 are joined to each other. It may be formed to a region (see FIG. 6 (a), including the above portion, and extending to the remaining upper region of the metal support 150 (FIG. 6 (b)).

상기 공기극(141) 형성 단계(S140)는 상기 전해질층(133)의 상측에 공기극(141)을 형성하는 단계이다. In the forming of the cathode 141 (S140), the cathode 141 is formed on the electrolyte layer 133.

상기 조립 단계(S150)는 제조된 공기극(141), 단위셀(130)(연료극(131), 전해질층(133)) 및 금속지지체(150)와 제1분리판(110), 제2분리판(120)을 조립하여 고체산화물 연료전지(1000)의 제조를 완료하는 단계이다. The assembling step (S150) is a manufactured cathode 141, a unit cell 130 (fuel anode 131, electrolyte layer 133), a metal support 150, a first separator plate 110, and a second separator plate. Assembling the 120 to complete the manufacture of the solid oxide fuel cell 1000.

이 때, 상기 조립 단계(S150)에서, 상기 금속지지체(150)와 제1분리판(110) 사이에 제1집전부재(161)가, 상기 공기극(141)과 제2분리판(120) 사이에 제2집전부재(162)가 더 구비될 수 있다.
At this time, in the assembling step (S150), a first current collecting member 161 is disposed between the air cathode 141 and the second separation plate 120 between the metal support 150 and the first separation plate 110. The second current collecting member 162 may be further provided.

본 발명의 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법은 상술한 방법과는 다른 방법으로 제조 가능하며, 연료극(131) 제조 단계(S210); 제1전해질층(133a) 형성 단계(S220); 금속지지체(150) 고정 단계(S230); 제2전해질층(133b) 형성 단계(S240); 공기극(141) 형성 단계(S250); 및 조립 단계(S260); 를 포함하여 형성될 수 있다. The solid oxide fuel cell 1000 manufacturing method of the present invention may be manufactured by a method different from the above-described method, and manufacturing a fuel electrode 131 (S210); Forming a first electrolyte layer 133a (S220); Fixing the metal support 150 (S230); Forming a second electrolyte layer 133b (S240); A cathode 141 forming step (S250); And an assembling step (S260); It may be formed to include.

도 10은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법의 다른 단계도이고, 도 11은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법의 금속지지체(150) 고정 단계를 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법의 제2전해질층(133b) 형성 단계(S240)를 나타낸 도면이다.10 is another step diagram of a method of manufacturing a solid oxide fuel cell 1000 according to the present invention, and FIG. 11 is a view illustrating a step of fixing the metal support 150 of the method of manufacturing a solid oxide fuel cell 1000 according to the present invention. 12 is a view illustrating a step (S240) of forming the second electrolyte layer 133b of the method of manufacturing a solid oxide fuel cell 1000 according to the present invention.

도 10을 참조로, 상기 연료극(131) 제조 단계(S210)는 둘레부가 하부 외측 방향으로 경사지게 형성된 경사부(132)를 포함하는 연료극(131)을 제조하는 단계이다. Referring to FIG. 10, the fuel electrode 131 manufacturing step S210 is a step of manufacturing the fuel electrode 131 including the inclined portion 132 having a circumferential portion inclined downward.

상기 제1전해질층(133a) 형성 단계(S220)는 상기 연료극(131)의 하면을 제외한 전 영역에 제1전해질층(133a)를 형성하는 단계로서, 금속지지체(150)와 고정되는 연료극(131)의 하면을 제외하고, 연료극(131)의 경사부(132)를 포함하여 전체 영역에 제1전해질층(133a)을 형성하는 단계이다. In the forming of the first electrolyte layer 133a (S220), the first electrolyte layer 133a is formed in all regions except for the lower surface of the fuel electrode 131. The fuel electrode 131 is fixed to the metal support 150. The first electrolyte layer 133a is formed in the entire region including the inclined portion 132 of the anode 131 except for the lower surface of the bottom surface.

상기 금속지지체(150) 고정 단계(S230)는 상기 제1전해질층(133a)이 형성된 연료극(131)의 하면과 금속지지체(150)를 접합하는 단계로서, 상기 도 9에 도시한, 상기 금속지지체(150) 고정 단계(S120)와 마찬가지로, 제1접합재(171) 도포 단계(S121), 건조 단계(S122), 제2접합재(172) 도포 단계(S123) 및 소결 접합 단계(S124)를 포함하여 수행될 수 있다. (도 11 참조)The fixing of the metal support 150 (S230) is a step of bonding the lower surface of the fuel electrode 131 on which the first electrolyte layer 133a is formed and the metal support 150, as shown in FIG. 9. Similar to the fixing step S120, the first bonding material 171 includes a coating step S121, a drying step S122, a second bonding material 172 applying step S123, and a sintering bonding step S124. Can be performed. (See Figure 11)

상기 제2전해질층(133b) 형성 단계(S240)는 상기 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 금속지지체(150)의 연료극(131)이 접합되지 않은 주변부에 상기 제1전해질층(133a)에 연속되게 제2전해질층(133b)를 형성하는 제2전해질층(133b) 형성 단계(S240)이다. As shown in FIG. 12, the forming of the second electrolyte layer 133b is continuous to the first electrolyte layer 133a at a peripheral portion where the anode 131 of the metal support 150 is not bonded. In step S240, the second electrolyte layer 133b is formed to form the second electrolyte layer 133b.

상기 제2전해질층(133b)는 상기 제1전해질층(133a)와 함께 전해질층(133)을 형성하는 부분으로서, 최종 형태는 도 6 (b)와 동일하게 형성된다. The second electrolyte layer 133b is a part of forming the electrolyte layer 133 together with the first electrolyte layer 133a, and the final shape is formed in the same manner as in FIG. 6 (b).

상기 공기극(141) 형성 단계(S250)는 상기 제1전해질층(133a)의 상측에 공기극(141)을 형성하는 단계이며, 이후에 조립 단계(S260)가 수행된다.
The cathode 141 forming step (S250) is a step of forming the cathode 141 on the upper side of the first electrolyte layer 133 a, and then an assembling step (S260) is performed.

상술한 바와 같이, 본 발명의 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법은 연료극(131)에 경사부(132)가 형성됨으로써 전해질층(133)의 파괴 없이 얇은 두께의 전해질층(133)을 고르게 형성할 수 있으며, 금속지지체(150)와 단위셀(130)의 접합 부분에 밀봉재에 의한 별도의 실링 처리가 필요치 않으면서도, 전해질층(133)을 형성하는 공정을 이용하여 연료극(131)의 둘레부, 연료극(131)과 금속지지체(150)의 접합 영역, 금속지지체(150)의 나머지 상측 영역까지 전해질층(133)이 연장될 수 있어 밀봉 성능을 보다 향상할 수 있는 장점이 있다.
As described above, in the method of manufacturing the solid oxide fuel cell 1000 of the present invention, the inclined portion 132 is formed on the anode 131 so that the electrolyte layer 133 having a thin thickness is evenly formed without destroying the electrolyte layer 133. The circumferential portion of the anode 131 may be formed by using a process of forming the electrolyte layer 133 without requiring a separate sealing process by a sealing material at the junction between the metal support 150 and the unit cell 130. In addition, since the electrolyte layer 133 may extend to the junction region of the anode 131 and the metal support 150 and the remaining upper region of the metal support 150, the sealing performance may be further improved.

특히, 본 발명의 단위셀(100)은 도 13에 도시한 바와 같이, 상기 경사부(132)가 형성된 연료극(131)을 형성함으로써, 연료극(131)의 하면을 제외한 전 영역을 감싸도록 균일한 두께의 전해질층(133)을 형성할 수 있다. In particular, as shown in FIG. 13, the unit cell 100 of the present invention forms a fuel electrode 131 in which the inclined portion 132 is formed, so that the unit cell 100 covers the entire area except the lower surface of the fuel electrode 131. An electrolyte layer 133 having a thickness may be formed.

더욱 상세하게, 일반적으로 단위셀은 상측에서 전해질층(133) 형성물질이 하측방향으로 이동되면서 형성되는 데, 종래의 단위셀은 전해질층(133) 형성물질이 상측에서 하측방향으로 이동되면서 그 측면부에 형성되기 어려워, 상기 부분에서 실링 문제가 유발될 수 있다. More specifically, the unit cell is generally formed while the electrolyte layer 133 forming material is moved downward in the upper side, the conventional unit cell is a side portion of the conventional unit cell while the electrolyte layer 133 forming material is moved from the upper side downward It is difficult to form on the surface, which may cause a sealing problem in the portion.

이에 반해, 본 발명의 단위셀(130)은 경사부(132)가 형성된 연료극(131)을 이용함으로써 전해질층(133) 형성물질이 상측에서 하측방향으로 이동되면서, 연료극(131)의 상면 및 측면부(경사부(132) 형성 영역)에 고르게 형성될 수 있는 장점이 있다. On the contrary, the unit cell 130 of the present invention uses the anode 131 having the inclined portion 132 to move the material forming the electrolyte layer 133 from the upper side to the lower side, thereby forming the upper and side portions of the anode 131. There is an advantage that can be formed evenly (in the region in which the inclined portion 132 is formed).

도 13에서 연료극(131)에 전해질층(133)이 형성되는 예를 개략적으로 나타내었으며, 연료극(131)이 금속지지체(150)에 고정된 후, 전해질층(133)이 형성된 다 하더라도, 종래기술의 단위셀(130)은 연료극(131)의 측면부에 전해질층(133)이 형성되기 어려우며, 본 발명의 단위셀(130)은 금속지지체(150)의 상면, 연료극(131)의 경사부(132) 및 상면에 고르게 전해질층(133)을 형성할 수 있다.
In FIG. 13, an example in which the electrolyte layer 133 is formed on the anode 131 is schematically illustrated. Even after the anode 131 is fixed to the metal support 150, the electrolyte layer 133 is formed. It is difficult for the unit cell 130 of the electrolyte layer 133 to be formed on the side surface of the anode 131, the unit cell 130 of the present invention is the upper surface of the metal support 150, the inclined portion 132 of the anode 131 ) And the electrolyte layer 133 may be formed evenly on the upper surface.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is not limited, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

1000 : 고체산화물 연료전지
110 : 제1분리판 111 : 유로
120 : 제2분리판 121 : 유로
130 : 단위셀 131 : 연료극
132 : 경사부 133 : 전해질층
141 : 공기극
150 : 금속지지체 151 : 중공부
161 : 제1집전부재 162 : 제2집전부재
170 : 접합재 171 : 제1접합재
172 : 제2접합재
S110 ~ S150 : 고체산화물 연료전지 제조 방법의 각 단계1000: Solid Oxide Fuel Cell
110: first separator 111: flow path
120: second separator 121: flow path
130: unit cell 131: fuel electrode
132: inclined portion 133: electrolyte layer
141: air electrode
150: metal support 151: hollow part
161: first collector member 162: second collector member
170: bonding material 171: first bonding material
172: second bonding material
S110 ~ S150: each step of the solid oxide fuel cell manufacturing method

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 일정 영역이 중공된 중공부(151)가 형성된 금속지지체(150);
상기 금속지지체(150)의 상면에 위치되며, 둘레부가 하부 외측 방향으로 경사지게 형성된 경사부(132)를 포함하는 연료극(131)과, 상기 연료극(131)의 경사부(132)를 포함하는 상측에 형성되는 전해질층(133)을 포함하는 단위셀(130);
상기 단위셀(130)의 전해질층(133) 상측 면에 형성되는 공기극(141);
공기 또는 연료가 유동되는 유로(111, 121)가 형성되는 제1분리판(110) 및 제2분리판(120);을 포함하며,
상기 연료극(131)과 금속지지체(150)는 접합재에 의해 소결 접합되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
 A metal support 150 having a hollow portion 151 having a predetermined hollow area;
Located on the upper surface of the metal support 150, the anode 131 including the inclined portion 132 formed inclined in the lower outward direction, and the upper side including the inclined portion 132 of the fuel electrode 131 A unit cell 130 including an electrolyte layer 133 formed;
An air electrode 141 formed on an upper surface of the electrolyte layer 133 of the unit cell 130;
It includes; the first separation plate 110 and the second separation plate 120 is formed, the flow path (111, 121) through which air or fuel flow;
The fuel electrode (131) and the metal support 150 is a solid oxide fuel cell, characterized in that sintered by a bonding material.
제3항에 있어서,
상기 고체산화물 연료전지(1000)는 상기 전해질층(133)이 상기 금속지지체(150)의 상측 면까지 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
The method of claim 3,
The solid oxide fuel cell 1000 is characterized in that the electrolyte layer (133) is formed so as to extend to the upper surface of the metal support (150).
제4항에 있어서,
상기 고체산화물 연료전지(1000)는 복수회 적층되어 스택형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
The method of claim 4, wherein
The solid oxide fuel cell 1000 is stacked multiple times, characterized in that the solid oxide fuel cell, characterized in that the stack is manufactured.
삭제delete 둘레부가 하부 외측 방향으로 경사지게 형성된 경사부(132)를 포함하는 연료극(131)을 제조하는 연료극(131) 제조 단계(S110);
상기 연료극(131)의 하면과 금속지지체(150)를 접합재를 이용하여 소결 접합하는 금속지지체(150) 고정 단계(S120);
접합된 연료극(131) 및 금속지지체(150)의 상측 면에 전해질층(133)을 형성하는 전해질층(133) 형성 단계(S130);
상기 전해질층(133)의 상측에 공기극(141)을 형성하는 공기극(141) 형성 단계(S140); 및
조립 단계(S150); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법.
A fuel electrode 131 manufacturing step (S110) of manufacturing a fuel electrode 131 including an inclined portion 132 having a circumference inclined in a lower outer direction;
Fixing the metal support member 150 to sinter the lower surface of the fuel electrode 131 and the metal support member 150 using a bonding material (S120);
Forming an electrolyte layer 133 on the upper surfaces of the bonded anode 131 and the metal support 150 (S130);
A cathode 141 forming step of forming an cathode 141 on the electrolyte layer 133 (S140); And
Assembly step (S150); Solid oxide fuel cell (1000) manufacturing method comprising a.
제7항에 있어서,
상기 금속지지체(150) 고정 단계(S120)는
금속지지체(150)의 일측에 제1접합재(171)를 도포하는 제1접합재(171) 도포 단계(S121);
건조 단계(S122);
상기 연료극(131)의 일측에 제2접합재(172)를 도포하는 제2접합재(172) 도포 단계(S123);
상기 금속지지체(150)의 제1접합재(171)가 형성된 측과, 상기 연료극(131)의 제2접합재(172)가 형성된 측을 서로 밀착한 후, 소결하는 소결 접합 단계(S124); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지(1000) 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Fixing the metal support 150 (S120)
Applying a first bonding material 171 to the first support material 171 on one side of the metal support 150 (S121);
Drying step (S122);
A step (S123) of applying a second bonding material 172 to apply a second bonding material 172 to one side of the anode 131;
A sintering joining step (S124) of sintering the metal support member 150 on which the first bonding material 171 is formed and the side of the fuel electrode 131 on which the second bonding material 172 is formed to be in close contact with each other; Solid oxide fuel cell (1000) manufacturing method comprising a.
삭제delete
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