KR101150836B1 - 고체산화물 연료전지의 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지체식에 고체산화물 연료전지에 있어서, 지지체인 연료극 또는 공기극의 일면에 수축 조절용 전해질층을 형성한 고체산화물 연료전지의 구조에 관한 것이다. 개시된 발명은, 전해질층과 연료극 또는 공기극을 포함하는 고체산화물 연료전지의 구조에 있어서, 상기 연료극 또는 공기극의 저면중 일부분에 수축 조절용 전해질층이 접합된다. 따라서, 전해질과 연료극 또는 공기극의 소결로 발생되는 수축 또는 열팽창에 의한 휨발생을 방지할 수 있고, 연료극(또는 공기극) 내로의 연료가스의 유입과 전지반응 후의 생성물의 배출이 용이하게 된다.

Description

고체산화물 연료전지의 구조 및 그 제조방법{THE STRUCTURE OF SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 고체산화물 연료전지의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 지지체식 단전지에 있어서 지지체인 연료극 또는 공기극의 일면에 수축 조절용 전해질층을 형성한 고체산화물 연료전지의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

연료전지는 연료가 가진 화학에너지를 전기화학적 산화반응을 통해 전기에너지로 직접 전환해 주는 에너지 변환장치다. 연료와 공기가 각각 음극과 양극으로 공급되어 전기화학반응을 일으키면서 전해질을 통해 이온이 전도되고, 외부회로를 통해 전자전도가 진행되어 전기를 생산한다.

주로 세라믹스로 제조되는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)는 고온에서 작동되고 동시에 견딜 수 있으므로 600~1000℃의 고온에서 운전되고, 수소이외에 일산화탄소, 메탄 등을 연료로 이용할 수 있는 장점이 있다.

고체산화물 연료전지를 포함한 연료전지는 종래의 발전방식에 비해 효율이 높고, 수소를 연료로 이용할 경우 물 이외에는 배출물이 없으며, 사용하는 전해질의 종류에 따라 작동온도 및 특성이 달라 다양한 분야에 응용이 가능한 차세대 발전방식으로 주목받고 있다. 특히 고체산화물 연료전지는 열병합 발전 및 가스터빈과 연계한 복합발전이 용이하여 가정용 및 분산발전 시스템으로 개발되고 있으며, 석탄가스와 연계한 대형 발전시스템으로도 연구가 진행되고 있다.

일반적으로 연료전지(또는 전기화학장치)는 양극(캐소드, 공기극)과 음극(애노드, 연료극) 또는 전해질로 구성된 3중 또는 그 이상의 다중막으로 형성된다. 이중에 전해질은 양쪽의 전극(공기극과 연료극)에서 흐르는 산화가스나 연료가스의 기계적인 혼합을 방지하기 위해서 직접적인 접촉을 억제하는 구조를 취하도록 만들어지는데, 특히 고체산화물 연료전지는 치밀한 미세구조를 갖도록 고온에서 열처리 하여 제조하는 것을 일반적인 특징으로 한다. 이를 위해 고체산화물 연료전지는 전극 및 전해질이 세라믹으로 구성되어 제조시에 세라믹스 분체를 성형하여 단계별로 열처리함으로써 최종 전지(셀)을 제조하게 된다.

한편 평판형 고체산화물 연료전지의 운전시 셀 하나에서 나오는 전압은 1.5V 미만이므로 원하는 출력을 얻기 위해서는 여러 장의 셀을 적층한 스택을 만들어야 한다.

평판형의 고체산화물 연료전지를 적층하여 스택으로 만들기 위해서는 연료전지 사이의 전기적인 접촉을 제공해 주고, 분리판 양쪽의 연료극(애노드)과 공기극(캐소드)에 공급되는 두 종의 가스가 서로 섞이지 않도록 해주는 분리판이 필요하다. 또한 분리판에는 공급된 가스가 스택 내부에서 균일한 분배가 이루어질 수 있 도록 유로를 제공하게 되는데 이러한 평판형 단전지는 분리판의 형태도 평판형으로 이용하게 된다.

이때, 각 분리판의 아래와 위에는 각각의 평판형 단전지의 연료극과 공기극이 번갈아 가면서 거치된다. 이 경우 평판형 단전지의 외형적 결함이라 할 수 있는 휨(camber)이 단전지의 표면 또는 외형에 존재하게 되면 단전지와 분리판의 접촉 특성이 나빠져 그 층간의 접촉저항이 크게 되고 전반적으로는 스택의 내부 전기 저항이 커짐으로써 스택의 출력 성능과 발전 효율이 떨어지게 된다. 이러한 스택의 결함은 단전지 및 스택의 내부저항 또는 접촉저항을 크게 하고 반응가스(연료, 공기)의 밀봉을 어렵게 하여 궁극적으로는 스택과 이 스택으로 구성되는 전체 시스템의 효율과 안정성을 확보할 수 없게 된다.

일반적으로 판재 또는 프레이트 형상의 제품에서 휨 결함이 있는 경우, 이러한 휨 값은 CB(휨 값)=δ(휨 높이)/L(시편의 길이)로 표현할 수 있는데, 이를 편평도로 나타내면

편평도 = 1- CB

= 1 - δ(휨 높이)/L(시편의 길이)

이 된다.

특히 이종간의 소결 또는 열처리시 소결수축률 또는 열팽창율의 차이를 가짐에 따라 시편 또는 제품의 표면이 불규칙하게 구부러지거나 특히 연료극 지지체형 고체산화물 연료전지의 경우 치밀한 미세조직을 갖는 전해질과 그 하부의 상대적으로 느슨한 조직의 연료극간의 수축율 또는 열팽창율의 차이에 따라 위로 볼록한 구 부러진 모양을 갖는다. 이런경우 스택으로 적층시에 교대로 적층되는 분리판과 셀간의 접촉이 나빠지면서 접촉저항의 증가와 가스밀봉 불량에 따른 급속한 산화부식방응이 전개되어 전기화학장치의 주요부품이 단전지로서의 성능과 스택전체 성능이 급속도 나빠질 수 밖에 없는 구조를 갖는다.

정상적인 스택 적층을 이루기 위해서는 단전지의 CB(휨) 값은 0.03 미만의 값을 보이거나 실험적으로는 거의 0의 값을 갖아 휨의 정도가 거의 없어야 하고 편평도로서는 대개 거의 0.97~1의 편평도를 유지하여야 한다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 고체산화물 연료전지의 단전지 또는 전기화학장치의 단면을 나타낸 단면도이다.

종래기술에 따른 고체산화물 연료전지의 단전지는, 공기극층(10), 전해질층(20) 및 연료극층(30)으로 구성된다. 최근에는 연료극층(30) 또는 공기극층(10)이 두꺼워져 전체의 하중을 지지하고 상대적으로 전기저항이 큰 전해질층의 두께를 작게 하는 대신에 전극의 두께를 증가시킨 전극 지지체형을 선호하고 있는 추세이다.

특히 도 1a는 상대적으로 두꺼운 연료극층(0.5~2.0mm)(30)과 이에 비하여 얇게 제작된 전해질층(20) 및 공기극층(10)으로 이루어진 연료극 지지체형 고체산화물 단전지의 단면을 나타낸 것이고, 도 1b는 일반적으로 두꺼운 연료극층(30)을 기능층(31)과 지지체(32)로 구성한 경우의 단면을 나타낸 것이다.

이러한 단전지는 전해질과 연료극층의 결합시 소결과정을 거치게 되는데, 그 과정에서 연료극층과 전해질층의 소결 수축율과 열팽창율의 차이로 상온으로 냉각시 잔류응력이 발생하고, 이러한 잔류 응력은 휨 결함을 발생하면서 단전지의 편평도를 낮추게 되는 문제점이 있다. 또한, 전해질층 위에 공기극층을 입히고 열처리하는 과정에 있어서도 이전에 발생한 결함은 단전지의 외형에 잔류하게 되어 전체적으로 고체산화물 연료전지의 성능과 안전성을 낮추는 문제점이 있다.

이러한 고체산화물 연료전지의 단전지가 갖는 문제점을 해소하고자 도 2에서 보는 바와 같이 새로운 개념의 고체산화물 연료전지의 단전지가 제안되었다.

도 2a는 연료극층(30)의 양면에 전해질층(20)(40)을 형성한 모습을 나타낸 것이고, 도 2b는 기능층(31)과 지지층(32)으로 구성된 연료극층(30)의 양면에 전해질층(20)(40)이 각각 형성된 모습을 나타낸 것이다.

이러한 고체산화물 연료전지의 단전지는, 열팽창이 다른 근본적인 원인인 전해질층을 연료극층의 양쪽에 코팅하고 이를 소결함으로써 상하면에 동일한 잔류응력이 남아 결국 서로간에 상쇄시킴으로서 휨 결함의 발생을 억제하여 편평도가 높은 단전지를 제조할 수 있게 제안된 것이다.

그러나 이러한 구조를 갖는 단전지의 경우, 연료극과 아래 분리판과의 직접 접촉이 어려워 접촉저항의 증가를 유발할 뿐만 아니라, 전기적 접촉을 좋게 하기 위해서는 후속공정으로 기계가공을 통하여 저면의 전해질층을 제거하여야 하므로 비용적인 측면에서 단전지의 제조가격을 매우 상승시키는 요인으로 작용한다. 만약 저면 전해질층을 제거하지 않고 그냥 스택에 사용할 시에는 접촉저항의 증가로 스 택출력이 급격히 떨어지고 더욱이 연료극 내로의 연료가스의 유입을 방해하고 전지반응 후의 생성물(스팀)의 배출도 용이하지 않아 연료극의 전극반응을 방해하게 되므로 스택의 성능 및 신뢰성이 매우 나빠지게 된다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 특히 전극 지지체식 단전지에 있어서 전해질과 연료극 또는 공기극의 소결로 발생되는 수축 또는 열팽창에 의한 휨발생을 방지하는 고체산화물 연료전지의 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 연료극(또는 공기극) 내로의 연료가스의 유입과 전지반응 후의 생성물의 배출이 용이하도록 한 고체산화물 연료전지의 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명 고체산화물 연료전지의 구조는, 전해질층과 연료극 또는 공기극을 포함하는 고체산화물 연료전지의 구조에 있어서, 상기 연료극 또는 공기극의 저면중 일부분에 수축 조절용 전해질층이 접합된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 전해질층과 연료극 또는 공기극을 소결하여 단전지를 형성하는 제1단계, 연료 극 또는 공기극의 저면에 수축 조절용 전해질을 코팅하는 제2단계, 및 수축 조절용 전해질을 면압 인가 접착 소결법에 의해 연료극 또는 공기극의 저면에 소결하는 제3단계를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 구조 및 그 제조방법에 의하면, 연료극 또는 공기극의 저면중 일부분에 수축 조절용 전해질층을 접합(프린팅)함으로써, 전해질층과 연료극 또는 공기극 사이의 소결로 발생되는 수축 또는 열팽창에 의한 휨발생을 방지할 수 있다. 따라서, 단전지를 적층하여 스택을 형성하는 과정에서 단전지와 분리판의 접촉 특성이 향상되고, 그에 따라 그 층간의 접촉저항이 작게 되고 전반적으로는 스택의 내부 전기 저항이 작아지며, 반응가스의 밀봉상태가 향상되기 때문에 스택의 출력 성능과 발전 효율이 향상된다.

또한, 연료극 지지체형 단전지의 경우 연료극과 분리판과의 소통이 가능하기 때문에 연료극 내로의 연료가스의 유입이 용이하게 되고 전지반응 후의 생성물(스팀)의 배출도 용이하게 되어 연료극의 전극반응이 향상된다.

또한, 본 발명 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법에 따르면, 휨 현상을 억제할 수 있는 후면 전해질의 양이 상대적으로 적어도 본 발명에서와 같이 후면 접합식 소결법을 따르게 되면 0.97이상의 고 편평도를 갖는 시료 또는 단전지를 제조할 수 있으며, 이를 이용함으로써 외형 및 성능이 향상된 소결제품 생산에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료극 지지체형 고체산화물 연료전지의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 저면도이다.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는, 전해질층(100), 연료극(애노드)(200), 공기극(캐소드)(300) 및 수축 조절용 전해질층(400)으로 구성된다.

상기 전해질층(100)의 소재로는 열화학적으로 안정한 금속산화물이 이용된다. 이러한 전해질층(100)은 연료가스와 산화가스가 서로 통기되지 않도록 치밀한 구조를 갖는다.

상기 연료극(200)은 전해질층(100)의 일면에 접합되는 것으로, 전기화학반응이 용이하게 일어나도록 다공성 구조를 갖는다. 연료극(200)은 기능층(210)과 지지체(220)로 구성될 수도 있다.

상기 공기극(300)은 전해질층(100)의 다른 면에 접합되는 것으로, 전기화학반응이 용이하게 일어나도록 다공성 구조를 갖는다.

상기 수축 조절용 전해질층(400)은 일반적으로 전해질층(100)과 동일한 소재로 제작되며, 연료극(200)의 저면 테두리에 접합된다. 수축 조절용 전해질층(400) 은 전해질층(100)과 연료극(200) 사이의 소결로 발생되는 수축 또는 열팽창에 의한 휨발생을 방지하게 된다. 또한, 연료극(200)의 저면중 일부분에만 접합되므로 단전지를 적층하여 스택을 제조할 때 연료극과 분리판과의 소통을 극대화하도록 한다. 따라서, 연료극 내로의 연료가스의 유입이 용이하게 되고 전지반응 후의 생성물(스팀)의 배출도 용이하게 되어 연료극의 전극반응이 향상된다.

이 때, 수축 조절용 전해질층(400)은 50% 이상의 상대밀도를 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면 소결시 반대편의 전해질층과 같이 수축 또는 팽창하는 작용을 함으로써 연료극 상하면에서의 잔류응력 내지는 수축율의 차이를 상쇄하여야 하는데 테두리만을 이용하므로 상대적으로 수축 또는 팽창율이 작아 약 50%이상의 상대밀도를 가질 때만 이러한 상쇄효과를 발휘할 수 있기 때문이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도이고, 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 저면도들이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지는, 전해질층(100), 연료극(200), 공기극(300) 및 수축 조절용 전해질층(400)으로 구성된다. 연료극(200)은 기능층(210)과 지지체(220)로 구성된다.

상기 수축 조절용 전해질층(400)은 연료극(200)의 저면에 다양한 형태로 접합될 수 있다.

즉, 수축 조절용 전해질층은 5 및 도 6a에서와 같이 사각의 홈(500)을 갖도 록 형성(사각형 어레이 방식)되거나, 도 6b에서와 같이 원형의 홈(500)을 갖도록 형성(원형 어레이 방식)될 수도 있다.

이 때, 수축 조절용 전해질층(400)은 홈(500)이 원형이나 사각형뿐만 아니라 다각형 등 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 홈(500)들은 스택 적층시에는 분리판(금속)에 직접 닿아 전기를 흐를 수 있어야 하는데, 전자전도가 방해가 되는 전해질층 성분으로 중간 띠 또는 테투리 부분의 수축 조절용 전해질층 만큼의 틈새로 적층되게 된다. 하지만 통상적으로 이러한 전해질층은 수십㎛이하의 두께로 제작되기 때문에 스택 적층시 전기전도성이 높은 집전 페이스트 내지는 집전용 메쉬 또는 펠트 등에 의해서 이러한 높이 차를 상쇄하고, 직접적으로 홈(500)은 연료극과 집전층(체)로 채워지면서 그 저면에 분리판과의 양호한 상태의 전기적 접촉을 이룰 수 있다. 따라서 저면의 전해질 테두리 부분은 전자전도에 직접적으로 기여를 하지 못하지만 전체적으로 단전지의 편평도를 높일 수 있음으로 전해질 두께만큼(약 수십㎛)의 집전층(체)이 홈(500)에 채워짐으로써 쉽게 통전이 가능한 구조의 스택을 제작할 수 있다. 특히 이때의 확보된 편평도로 스택의 가스밀봉도를 유지할 수 있어 고성능 및 장수명, 고신뢰성의 스택제조를 완성할 수 있게 한다.

또한, 수축 조절용 전해질층(400)은 도 6c에서와 같이 다른 크기를 갖는 사각의 고리모양으로 형성되거나 도 6d에서와 같이 다른 크기를 갖는 원형의 고리모양으로 형성되어 연료극(200)의 저면에 동일한 중심을 갖도록 배열될 수도 있다. 이 때, 고리모양은 원형이나 사각형뿐만 아니라 이들을 복합한 형태 또는 다각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 수축 조절용 전해질층(400)의 사이에는 홈(500) 이 형성되며, 스택 적층시에는 홈(500)에 연료극과 집전층(체)로 채워지면서 그 저면에 분리판과의 양호한 상태의 전기적 접촉을 이룰 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조과정을 상세히 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조과정을 나타낸 공정도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 전해질층(100)과 연료극(200)을 소결하여 단전지를 형성하는 단계(S10), 연료극(200)의 저면에 수축 조절용 전해질을 코팅하는 단계(S20), 연료극(200)의 저면에 수축 조절용 전해질을 소결하는 단계(S30)로 구성된다. 마지막으로 전해질 표면에 공기극(300)을 프린팅(부착)하여 건조(혹은 열처리)하여 단전지를 완성하는 단계(S40)로 구성된다.

상기 연료극(200)의 저면에 수축 조절용 전해질을 소결하는 단계(S30)에서는 면압 인가 접착 소결법이 사용된다. 즉, 수축 조절용 전해질에 압력을 가하여 연료극(200)에 밀착되도록 하면서 소결시키는 방법이다. 이 단계는 전해질층(100)을 연료극(200)의 일면에 페이스트(슬러리) 상으로 프린팅(코팅)한 후 이를 건조 전 또는 건조 후이거나 경우에 따라서는 300~1500℃에서 약 1시간 동안 예비 소결한 뒤 이루어진다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제 조과정에서 수축 조절용 전해질층을 접합하는 과정의 실시예들을 나타낸 도면들이다.

상기 수축 조절용 전해질을 연료극(200)의 저면에 면압을 인가하는 방법은 다양하게 실시 가능하다. 즉, 도 8a에서와 같이 면압인가용 플레이트(600)를 이용해 수축 조절용 전해질층(400)을 직접 면압하는 방법(개별 면압 인가 소결법), 도 8b에서와 같이 단전지를 한 쌍 구비하여 수축 전해질층(100)이 서로 마주보도록 한 상태에서 면압하는 방법(전면 접촉 복수 면압 인가 소결법), 도 8c에서와 같이 단전지를 한 쌍 구비하여 수축 조절용 전해질층(400)이 바깥쪽에 위치되도록 한 상태에서 면압하는 방법(후면 접촉 면압 인가 소결법) 등 다양하게 실시 가능하다.

물론, 이 단계는 전해질층(100)을 연료극(200)의 일면에 페이스트(슬러리) 상으로 프린팅(코팅)한 후 이를 건조전 또는 건조 후 이거나 경우에 따라서는 300~1500℃에서 약 1시간 동안 예비 소결한 뒤 이루어질 수 있다.

소결중에 약하게 나마 지그(알루미나질) 플레이트 또는 마주보는 단전지의 후면과 2차 코팅된 단전지가 접합력을 갖고 소결이 진행됨에 따라 미소한 차이에 의한 휨 결함의 발생을 최대한 억제할 수 있게 된다. 특히 반대쪽의 주 전해질 코팅에서는 강한 결합이 없이 약한 마찰력을 갖게 되므로 적절하게 잔류응력의 균형을 이룸으로 인해서 상대적으로 편평도가 좋은(0.97이상) 단전지를 제작할 수 있다. 이렇게 함으로써 종래의 연료극 지지체형 단전지 제조에 있어서 이러한 휨을 방지하기 위해서 사용한 방법으로서 단전지의 연료극을 기준으로 동일한 면적의 전해질을 전면과 후면에 코팅하여 공소결하는 편평도가 높은 단전지를 제조하는 경우 의 단전지 형상을 얻을 수 있게 한다. 일반적인 SOFC(고체산화물 연료전지)의 경우, 연료극(또는 공기극)과 전해질이 붙어 있는 성형체를 소결함으로 인해서 단전지를 완성할 수 있는데, 이때 휨을 방지할 수 있다면 좀더 평활도가 높은 단전지를 제작할 수 있게 한다. 이러한 단전지는 높은 평활도로 인해서 후속공정인 공기극(또는 연료극)의 형성도 용이하고 스택으로 제조시 단전지의 위와 아래에서 분리판과의 접촉이 용이하여 성능이 높고 균일한 스택을 제작하는데 필수적으로 필요한 단전지를 제작할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주내에서 변경할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 연료극 지지체형 고제산화물 연료전지에 대해서만 설명하고 있으나, 본 발명은 전극지지체형 또는 박막형 고체산화물 연료전지에서와 같은 경우의 단전지 제조에 있어서도 최종 완성품의 편평도를 높이는 방법으로 활용될 수 있다. 따라서 연료극외 공기극 지지체형 고체산화물 연료전지의 제조에도 그대로 적용될 수 있다. 즉, 공기극의 저면에 수축 조절용 전해질층을 형성하는 것도 가능하다. 이에 따른 고체산화물 연료전지의 제조과정을 보면, 전해질층과 공기극을 소결하여 단전지를 형성하는 단계, 공기극의 저면에 수축 조절용 전해질을 코팅하는 단계, 공기극의 저면에 수축 조절용 전해질을 소결하는 단계, 마지막으로 전해질 표면에 연료극을 프린팅(부착)하여 건조(혹은 열처리)하여 단전지를 완성하는 단계로 구성되는 것도 가능하다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도.

도 2a 및 도 2b는 또 다른 종래기술에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 저면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 저면도들.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조과정을 나타낸 공정도.

도 8a 내지 도 8c는 수축 조절용 전해질층을 접합하는 과정의 실시예들을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 전해질층 200 : 연료극

210 : 기능층 220 : 지지체

300 : 공기극 400 : 수축 조절용 전해질층

500 : 홈 600 : 면압인가용 플레이트

Claims (8)

1. 전해질층, 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)으로 구성되는 단전지를 포함하는 고체산화물 연료전지에 있어서,

   상기 연료극 또는 공기극의 상면에는 전해질층이 형성되고, 상기 연료극 또는 공기극의 저면에는 수축 조절용 전해질층이 형성되며,

   상기 수축 조절용 전해질층은 면압 인가 접착 소결법에 의해 형성됨으로써, 단전지의 편평도는 0.97 이상인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수축 조절용 전해질층은 상기 연료극 또는 공기극의 저면 테두리에 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수축 조절용 전해질층은 복수 개의 홈을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
4. 제3항에 있어서,

   상기 홈은 원형, 다각형 또는 이들의 복합형태인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
5. 제1항에 있어서,

   상기 수축 조절용 전해질층은 서로 다른 크기를 갖는 고리형태로 형성되며, 상기 연료극 또는 공기극의 저면에 동일한 중심을 갖도록 배열되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
6. 제5항에 있어서,

   상기 수축 조절용 전해질층은 원형 고리형태, 다각형 고리형태 또는 이들의 복합형태로 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
7. 전해질층과 연료극 또는 공기극을 소결하여 단전지를 형성하는 제1단계;

   상기 연료극 또는 공기극의 저면에 수축 조절용 전해질을 코팅하는 제2단계; 및

   상기 수축 조절용 전해질을 면압 인가 접착 소결법에 의해 상기 연료극 또는 공기극의 저면에 소결하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제3단계에서 상기 수축 조절용 전해질은, 개별 면압 인가 소결법, 전면 접촉 복수 면압 인가 소결법, 또는 후면 접촉 복수 면압 인가 소결법에 의해 면압되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.

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