KR101153359B1 - Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101153359B1
KR101153359B1 KR1020100095522A KR20100095522A KR101153359B1 KR 101153359 B1 KR101153359 B1 KR 101153359B1 KR 1020100095522 A KR1020100095522 A KR 1020100095522A KR 20100095522 A KR20100095522 A KR 20100095522A KR 101153359 B1 KR101153359 B1 KR 101153359B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
sheet
electrolyte membrane
layer
anode
Prior art date
Application number
KR1020100095522A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120033804A (en
Inventor
박영민
송정훈
배홍열
안진수
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원, 주식회사 포스코 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020100095522A priority Critical patent/KR101153359B1/en
Publication of KR20120033804A publication Critical patent/KR20120033804A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101153359B1 publication Critical patent/KR101153359B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8857Casting, e.g. tape casting, vacuum slip casting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8878Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H01M4/8885Sintering or firing
    • H01M4/8889Cosintering or cofiring of a catalytic active layer with another type of layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8878Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8896Pressing, rolling, calendering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

수소의 산화반응 속도를 높임으로써 전력밀도를 높일 수 있도록, ⅰ) 테이프 캐스팅법을 이용하여 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 및 전해질막 시트를 제조하는 단계와, ⅱ) 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 및 전해질막 시트를 순서대로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, ⅲ) 스택을 가압하여 그린 바디를 제조하는 단계와, ⅳ) 그린 바디를 소결하여 음극 지지체, 수소 활성화층, 음극 기능층, 및 전해질막을 형성하는 단계와, ⅴ) 전해질막 위에 양극을 형성하는 단계를 포함하는 연료 전지용 단위 전지 제조 방법을 제공한다.A hydrogen-activated layer sheet, an anode functional layer sheet, and an electrolyte membrane sheet by using a tape casting method so as to increase the electric power density by increasing the rate of oxidation of hydrogen, ii) A step of forming a stack by sequentially laminating a support sheet, a hydrogen-activating layer sheet, an anode functional layer sheet, and an electrolyte membrane sheet, iii) pressing the stack to produce a green body, iv) Forming a negative electrode support, a hydrogen activation layer, a negative electrode functional layer, and an electrolyte membrane on the electrolyte membrane; and v) forming a positive electrode on the electrolyte membrane.

Description

연료 전지용 단위 전지 및 이의 제조 방법 {UNIT CELL FOR FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a unit cell for a fuel cell and a method of manufacturing the unit cell.

본 발명은 연료 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 수소 산화 속도를 높일 수 있도록 된 연료 전지의 단위 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell. More particularly, the present invention relates to a unit cell of a fuel cell capable of increasing the rate of hydrogen oxidation and a method of manufacturing the same.

연료 전지 예를 들어, 고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell; SOFC)는 단위 전지와 분리판으로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수개 적층된 구조로 이루어진다. 단위 전지는 전해질막과, 전해질막의 일면에 위치하는 양극(공기극)과, 전해질막의 다른 일면에 위치하는 음극(연료극)을 포함한다.A fuel cell, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC), has a structure in which a plurality of electricity generating units each comprising a unit cell and a separator plate are stacked. The unit cell includes an electrolyte membrane, an anode (air electrode) located on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode (anode electrode) located on the other surface of the electrolyte membrane.

양극에 산소를 공급하고 음극에 수소를 공급하면, 양극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질막을 지나 음극으로 이동한 후 음극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때 음극에서 생성된 전자가 양극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다.When oxygen is supplied to the anode and hydrogen is supplied to the cathode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen at the anode move to the cathode through the electrolyte membrane, and then water reacts with hydrogen supplied to the cathode. At this time, the electrons generated in the cathode are transferred to the anode and consumed, and electrons flow to the external circuit, and the unit cell generates electric energy by using the electron flow.

고체 산화물 연료 전지의 단위 전지에서 전해질막은 치밀하여 가스를 투과시키지 않아야 하며, 전자전도성은 없으나 산소이온 전도성은 높아야 한다. 반면에 전극은 가스가 잘 확산되어 들어갈 수 있는 다공질 이어야하며 높은 전자전도성을 가지고 있어야 한다.In the unit cell of the solid oxide fuel cell, the electrolyte membrane should be dense and not permeable to gas, and should not have electron conductivity, but high oxygen ion conductivity. On the other hand, the electrode must be porous to allow the gas to diffuse well and have high electron conductivity.

이와 같이 단위 전지를 구성하는 전해질막 또는 전극이 요구하는 특성을 개선하여 전력 밀도를 높이고자 하는 많은 시도가 행해지고 있다.Many attempts have been made to improve the power density by improving the characteristics required of the electrolyte membrane or electrode constituting the unit cell.

이에 수소의 산화반응 속도를 높임으로써 전력밀도를 높일 수 있도록 된 연료 전지용 단위 전지 및 이의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a unit cell for a fuel cell and a method for manufacturing the same, which can increase the power density by increasing the rate of oxidation reaction of hydrogen.

이를 위해 본 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법은, i) 테이프 캐스팅법을 이용하여 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 및 전해질막 시트를 제조하는 단계와, ii) 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 및 전해질막 시트를 순서대로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, iii) 스택을 가압하여 그린 바디를 제조하는 단계와, iv) 그린 바디를 소결하여 음극 지지체, 수소 활성화층, 음극 기능층, 및 전해질막을 형성하는 단계와, v) 전해질막 위에 양극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.To this end, a method for manufacturing a unit cell for a fuel cell includes the steps of: i) fabricating a negative electrode sheet, a hydrogen-activated layer sheet, a negative electrode functional layer sheet, and an electrolyte membrane sheet using tape casting; ii) Forming a stack by sequentially laminating a hydrogen-activated layer sheet, an anode functional layer sheet, and an electrolyte membrane sheet, iii) pressing the stack to produce a green body, iv) sintering the green body to form a cathode support, Forming a hydrogen-activating layer, a negative electrode functional layer, and an electrolyte membrane; and v) forming an anode on the electrolyte membrane.

본 제조방법은 전해질막과 양극 사이에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include forming a buffer layer between the electrolyte membrane and the anode.

버퍼층 형성 단계는 버퍼층 시트를 제조하고, 제조된 버퍼층 시트를 스택 형성시 전해질막 시트 위에 적층한 후, 그린 바디 제조와, 그린 바디 소결과정을 거칠 수 있다.The buffer layer forming step may be performed by preparing a buffer layer sheet, stacking the buffer layer sheet on the electrolyte membrane sheet in the stack formation, and then subjecting to a green body manufacturing and a green body sintering process.

수소 활성화층 시트는 i) Ni, Fe, Cu, Co, 또는 이들의 혼합물의 전이 금속 산화물과, ii) Zr, Ce, Ba, Sr을 주성분으로 하는 수소이온 전도체, 및 ⅲ) 기공제를 포함할 수 있다.The hydrogen-activated layer sheet comprises i) a transition metal oxide of Ni, Fe, Cu, Co, or a mixture thereof, ii) a hydrogen ion conductor comprising Zr, Ce, Ba, Sr as a main component, and iii) .

수소이온 전도체는 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, BaTbO3, Ba2SnYO5.5, SrTiO3, BaThO3, Ba3CaNb2O9 등에서 선택되는 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 수소이온 전도체는 0.1 ~ 10um의 입자 크기를 가질 수 있다.Proton conductor may be formed by SrCeO 3, BaCeO 3, BaZrO 3 , BaTbO 3, Ba 2 SnYO 5.5, SrTiO 3, BaThO 3, Ba 3 CaNb least any one selected from 2 O 9. The hydrogen ion conductor may have a particle size of 0.1 to 10 um.

버퍼층 시트는, i) Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체와, ii) Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 질화물, 아세테이트, 또는 염화물의 형태로 첨가되는 소결 조제를 포함할 수 있다.The buffer layer sheet is formed from a mixture of i) an oxygen ion conductor containing Ce as a main component and ii) a group consisting of Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn, And a sintering aid which is added in the form of a nitride, an acetate, or a chloride.

산소이온 전도체는 Gd 또는 Y가 도핑된 Ce 산화물로 형성될 수 있다. 산소이온 전도체는 50nm 내지 200nm의 입자 사이즈를 가질 수 있다.The oxygen ion conductor may be formed of Gd or Y-doped Ce oxide. The oxygen ion conductor may have a particle size of 50 nm to 200 nm.

소결 조제는 버퍼층에 0.1a/o 내지 10a/o의 범위로 포함될 수 있다.The sintering aid may be included in the buffer layer in the range of 0.1a / o to 10a / o.

그린 바디를 제조하는 단계에서, 스택을 50℃ 내지 200℃ 분위기에서 일축 가압 성형 또는 등방압 가압 성형할 수 있다. 그린 바디의 소결 온도는 1,200℃ 내지 1,500℃일 수 있다.In the step of manufacturing the green body, the stack can be uniaxially pressed or isostatically pressed in an atmosphere of 50 ° C to 200 ° C. The sintering temperature of the green body may be 1,200 ° C to 1,500 ° C.

수소 활성화층은 5 ~ 70%의 기공도로 형성될 수 있다. 수소 활성화층은 10 ~ 200um 두께로 형성될 수 있다.The hydrogen activation layer can be formed with a pore size of 5 to 70%. The hydrogen-activating layer may be formed to a thickness of 10 to 200 탆.

한편, 본 연료 전지용 단위 전지는, 음극 지지체, 수소 활성화층, 음극 기능층, 전해질막, 및 양극을 포함한다. On the other hand, the unit cell for a fuel cell includes a negative electrode support, a hydrogen activation layer, a negative electrode functional layer, an electrolyte membrane, and a positive electrode.

수소 활성화층은 i) Ni, Fe, Cu, Co, 또는 이들의 혼합물의 전이 금속 산화물과, ii) Zr, Ce, Ba, Sr을 주성분으로 하는 수소이온 전도체, 및 ⅲ) 기공제를 포함할 수 있다.The hydrogen activation layer may comprise i) a transition metal oxide of Ni, Fe, Cu, Co, or a mixture thereof, ii) a hydrogen ion conductor comprising Zr, Ce, Ba, Sr as a main component, and iii) have.

수소이온 전도체는 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, BaTbO3, Ba2SnYO5.5, SrTiO3, BaThO3, Ba3CaNb2O9 등에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 수소이온 전도체는 0.1 ~ 10um의 입자 크기를 가질 수 있다. Proton conductor may be formed by SrCeO 3, BaCeO 3, BaZrO 3 , BaTbO 3, Ba 2 SnYO 5.5, SrTiO 3, BaThO 3, at least one selected from Ba 3 CaNb 2 O 9. The hydrogen ion conductor may have a particle size of 0.1 to 10 um.

본 단위 전지는 전해질막과 양극 사이에 버퍼층을 더 포함할 수 있다.The unit cell may further include a buffer layer between the electrolyte membrane and the anode.

버퍼층은, i) Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체와, ii) Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 질화물, 아세테이트, 또는 염화물의 형태로 첨가되는 소결 조제를 포함한다.The buffer layer may be formed of a material selected from the group consisting of i) an oxygen ion conductor containing Ce as a main component, and ii) a material selected from the group consisting of Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn, And a sintering aid which is added in the form of a nitride, an acetate, or a chloride.

소결 조제는 버퍼층에 0.1a/o 내지 10a/o의 범위로 포함될 수 있다. 산소이온 전도체는 Gd 또는 Y가 도핑된 Ce 산화물로 형성될 수 있다.The sintering aid may be included in the buffer layer in the range of 0.1a / o to 10a / o. The oxygen ion conductor may be formed of Gd or Y-doped Ce oxide.

본 실시예에 따르면 수소 활성화층의 도입을 통해 음극의 연료가 산화되면서 전자를 내놓는 반응 속도를 높일 수 있게 된다. 따라서 연료 산화 반응 속도의 증가를 통해 단위 전지의 전력 밀도를 향상시킬 수 있게 된다.According to the present embodiment, it is possible to increase the reaction rate at which electrons are emitted while the fuel of the negative electrode is oxidized through the introduction of the hydrogen activation layer. Therefore, the power density of the unit cell can be improved by increasing the fuel oxidation reaction rate.

수소 활성화층을 음극 지지체와 음극 기능층 및 전해질막과 동시 소결 제조하므로 제조 공정을 단순화하고, 공정 시간을 단축시키며, 제조 비용을 절감할 수 있다.Since the hydrogen activation layer is formed by sintering simultaneously with the anode support, the anode functional layer and the electrolyte membrane, the manufacturing process can be simplified, the process time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.

도 1은 본 실시예에 따른 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 단계에서 사용되는 테이프 캐스팅 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 테이프 캐스팅 장치의 부분 확대 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 제1 단계에서 완성된 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 전해질막 시트 및 버퍼층 시트를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시한 제2 단계의 스택을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시한 제3 단계의 그린 바디를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시한 제4 단계를 거쳐 완성된 단위 전지의 사시도이다.
도 8은 본 실시예의 제조 방법에 따라 완성된 단위 전지의 단면을 나타낸 전자 현미경 사진이다.
1 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a tape casting apparatus used in the first step shown in FIG. 1. FIG.
3 is a partially enlarged cross-sectional view of the tape casting apparatus shown in Fig.
FIG. 4 is a perspective view showing the anode support sheet, the hydrogen-activated layer sheet, the anode functional layer sheet, the electrolyte membrane sheet, and the buffer layer sheet completed in the first step shown in FIG.
5 is an exploded perspective view showing the stack of the second step shown in Fig.
6 is a perspective view showing the green body of the third step shown in FIG.
7 is a perspective view of the unit cell completed through the fourth step shown in FIG.
8 is an electron micrograph showing a cross section of the unit cell completed according to the manufacturing method of this embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 가능한한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다. 또한, 도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The embodiments described below can be modified into various forms without departing from the concept and scope of the present invention and are not limited to the embodiments described herein. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings. It is also noted that the drawings are schematic and are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive.

이하 본 실시예는 연료 전지 중 고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cell; SOFC)에 있어서 단위 전지 및 그 제조방법을 예로서 설명한다.Hereinafter, this embodiment will describe a unit cell and a manufacturing method thereof as a solid oxide fuel cell (SOFC) in a fuel cell.

도 1은 본 실시예에 따른 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 고체 산화물 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법은, 테이프 캐스팅법을 이용하여 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 및 전해질막 시트를 제조하는 제1 단계(S100)와, 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 및 전해질막 시트를 순서대로 적층하여 스택을 형성하는 제2 단계(S200)와, 스택을 가압하여 그린 바디(green body)를 제조하는 제3 단계(S300)와, 그린 바디를 소결하여 음극 지지체, 수소 활성화층, 음극 기능층, 및 전해질막을 형성하는 제4 단계(S500)와, 전해질막 위에 양극을 형성하는 제5 단계(S500)를 포함한다.1, a method of manufacturing a unit cell for a solid oxide fuel cell includes a first step (S100) of manufacturing a cathode support sheet, a hydrogen-activated layer sheet, an anode functional layer sheet, and an electrolyte membrane sheet using a tape casting method, A second step S200 of stacking a negative electrode support sheet, a hydrogen activated layer sheet, a negative electrode functional layer sheet, and an electrolyte membrane sheet in this order to form a stack; and pressing the stack to produce a green body A fourth step S500 of forming a negative electrode support, a hydrogen activation layer, a negative electrode functional layer, and an electrolyte membrane by sintering the green body, a fifth step S500 of forming an anode on the electrolyte membrane, .

여기서 본 제조 방법은 전해질막과 양극 사이에 전해질막과 양극 사이의 반응을 억제하기 위한 버포층을 더 형성할 수 있다. 버퍼층 형성은 상기 제1 단계(S100)에서 버퍼층 시트를 더 제조하고, 상기 제2 단계(S200)에서 전해질막 시트 상에 버퍼층 시트를 더 적층한 후 다른 시트와 함께 상기 제3 단계(S300)와 제4 단계(S400)를 거쳐 전해질막과 양극 사이에 버퍼층을 형성하는 과정을 거친다.Here, the present manufacturing method may further include a barrier layer between the electrolyte membrane and the anode for suppressing the reaction between the electrolyte membrane and the anode. The buffer layer is formed by further forming a buffer layer sheet in the first step (S100), further laminating a buffer layer sheet on the electrolyte membrane sheet in the second step (S200), and then, in the third step (S300) A fourth step S400 is performed to form a buffer layer between the electrolyte membrane and the anode.

이하 설명에서는 수소 활성화층과 더불어 버퍼층을 갖는 단위 전지의 제조 과정에 대해 설명한다. In the following description, a manufacturing process of a unit cell having a buffer layer in addition to the hydrogen activation layer will be described.

도 2는 도 1에 도시한 제1 단계에서 사용되는 테이프 캐스팅 장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 테이프 캐스팅 장치의 부분 확대 단면도이다.FIG. 2 is a perspective view showing a tape casting apparatus used in the first step shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the tape casting apparatus shown in FIG.

도 2와 도 3을 참고하면, 테이프 캐스팅 장치(100)는 바탕 필름(12)을 이송하는 한 쌍의 롤러(14)와, 슬러리를 제공받아 바탕 필름(12) 위에 도포하는 슬러리 챔버(16)와, 슬러리 챔버(16)에 부착되어 슬러리를 균일한 두께로 밀어내는 닥터 블레이드(18)와, 바탕 필름(12) 위에 도포된 슬러리를 건조시키는 건조 챔버(20)를 포함한다.2 and 3, the tape casting apparatus 100 includes a pair of rollers 14 for conveying the backing film 12, a slurry chamber 16 for receiving the slurry and applying the slurry onto the backing film 12, A doctor blade 18 attached to the slurry chamber 16 for pushing the slurry to a uniform thickness and a drying chamber 20 for drying the slurry applied on the backing film 12. [

전술한 테이프 캐스팅 장치(100)를 이용하여 음극 지지체 슬러리를 바탕 필름(12) 위에 도포 후 건조시켜 음극 지지체 테이프를 제조하고, 음극 지지체 테이프를 원하는 크기로 절단 및 가공한 다음 바탕 필름(12)을 제거하여 도 4에 도시한 음극 지지체 시트(22)를 완성한다.The cathode support slurry is coated on the base film 12 by using the tape casting apparatus 100 described above and then dried to prepare a cathode support tape. The anode support tape is cut and processed to a desired size, and then the base film 12 Thereby completing the cathode support sheet 22 shown in Fig.

같은 방법으로 수소 활성화층 슬러리를 이용하여 수소 활성화층 시트(23)를 제조하고, 음극 기능층 슬러리를 이용하여 음극 기능층 시트(24)를 제조하며, 전해질막 슬러리를 이용하여 전해질막 시트(26)를 제조한다. 또한, 버퍼층 슬러리를 이용하여 버퍼층 시트(28)를 제조한다.The hydrogen-activated layer sheet 23 is prepared by using the hydrogen-activated layer slurry in the same manner, the anode functional layer sheet 24 is prepared using the anode functional layer slurry, and the electrolyte membrane sheet 26 ). Further, the buffer layer sheet 28 is prepared using the buffer layer slurry.

음극 지지체 슬러리는 Ni, Fe, Cu, Co 등의 전이 금속 산화물과, Zr 또는 Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체 또는 절연체와, 기공제를 포함한다. The negative electrode slurry contains a transition metal oxide such as Ni, Fe, Cu, Co, etc., an oxygen ion conductor or insulator containing Zr or Ce as a main component, and a pore-forming agent.

수소 활성화층 슬러리는 Ni, Fe, Cu, Co, 또는 이들의 혼합물 등의 전이 금속 산화물과, Zr, Ce, Ba, Sr을 주성분으로 하는 수소이온 전도체와, 기공제를 포함한다.The hydrogen-activating layer slurry includes a transition metal oxide such as Ni, Fe, Cu, Co, or a mixture thereof, a hydrogen ion conductor containing Zr, Ce, Ba, or Sr as a main component, and a pore former.

수소이온 전도체는 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, BaTbO3, Ba2SnYO5.5, SrTiO3, BaThO3, Ba3CaNb2O9 등에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 수소이온 전도체는 0.1 ~ 10um의 입자 크기를 가질 수 있다. 수소이온 전도체의 입자 크기가 0.1um 미만이면 소결 수축이 심하여, 음극 지지체 시트와 음극 기능층 시트와 함께 동시소결하여 이종 계면을 형성하기 어렵다. 수소이온 전도체의 입자 크기가 10um를 초과하면, 소결 수축이 작기 때문에 마찬가지로 음극 지지체 시트, 음극 기능층 시트와 동시소결하기 어렵다. 따라서 두 경우 모두 제4 단계(S400)에서 음극 지지체 시트와 음극 기능층 시트와 함께 동시 소결시 문제가 발생할 수 있다.Proton conductor may be formed by SrCeO 3, BaCeO 3, BaZrO 3 , BaTbO 3, Ba 2 SnYO 5.5, SrTiO 3, BaThO 3, at least one selected from Ba 3 CaNb 2 O 9. The hydrogen ion conductor may have a particle size of 0.1 to 10 um. When the particle size of the hydrogen ion conductor is less than 0.1 탆, sintering shrinkage is severe and it is difficult to form a heterointerface by co-sintering together with the negative electrode support sheet and the negative electrode functional layer sheet. If the particle size of the hydrogen ion conductor exceeds 10 mu m, it is difficult to sinter simultaneously with the negative electrode support sheet and the negative electrode functional layer sheet because the sintering shrinkage is small. Therefore, in both cases, problems may occur in simultaneous sintering together with the negative electrode sheet and the negative electrode functional sheet in the fourth step (S400).

음극 슬러리는 Ni, Fe, Cu, Co 등의 전이 금속 산화물과, Zr 또는 Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체와, 기공제를 포함한다.The negative electrode slurry includes transition metal oxides such as Ni, Fe, Cu, and Co, an oxygen ion conductor containing Zr or Ce as a main component, and a pore-forming agent.

전해질막 슬러리는 Zr을 주성분으로 하는 산소이온 전도체를 포함한다.The electrolyte membrane slurry includes an oxygen ion conductor containing Zr as a main component.

산소이온 전도체는 이트륨 안정화 지르코니아 또는 스칸듐 안정화 지르코니아로 형성될 수 있다. 이트륨 안정화 지르코니아는 8몰%의 Y2O3가 도핑된 것일 수 있으며, 조성은 Zr0.84Y0.16O2-x일 수 있다. 스칸듐 안정화 지르코니아의 조성은 Zr0.84Sc0.16O2-x일 수 있다.The oxygen ion conductor can be formed of yttrium stabilized zirconia or scandium stabilized zirconia. The yttrium stabilized zirconia may be doped with 8 mol% Y 2 O 3 , and the composition may be Zr 0.84 Y 0.16 O 2-x . The composition of scandium stabilized zirconia may be Zr 0.84 Sc 0.16 O 2 -x .

버퍼층 슬러리는 Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체를 포함한다. 산소이온 전도체로 Gd 또는 Y가 도핑된 Ce 산화물이 사용될 수 있으며, 조성은 Gd0.1Ce0.9O2-x 또는 Gd0.2Ce0.8O2-x일 수 있다. 전해질막 슬러리와 버퍼층 슬러리의 산소이온 전도체 조성에서 x는 소결 조건에 따라 변할 수 있는 값이다.The buffer layer slurry contains an oxygen ion conductor containing Ce as a main component. As the oxygen ion conductor, Gd or Y-doped Ce oxide may be used, and the composition may be Gd 0.1 Ce 0.9 O 2 -x or Gd 0.2 Ce 0.8 O 2-x . In the oxygen ion conductor composition of the electrolyte membrane slurry and the buffer layer slurry, x is a value that can be changed according to sintering conditions.

버퍼층 슬러리는 버퍼층 시트(28)의 소결 거동과 수축률을 제어하는 역할을 하는 소결 조제를 더 포함한다. 소결 조제는 Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하며, 버퍼층 슬러리에 질화물, 아세테이트, 또는 염화물의 형태로 첨가될 수 있다.The buffer layer slurry further includes a sintering auxiliary agent serving to control the sintering behavior and the shrinkage ratio of the buffer layer sheet 28. The sintering aid comprises any one selected from the group consisting of Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn and mixtures thereof. May be added in the form of chloride.

버퍼층 슬러리에 포함된 산소이온 전도체는 50nm 내지 200nm의 입자 사이즈를 가질 수 있다. 산소이온 전도체의 입자 사이즈가 50nm 미만이면 버퍼층 시트(28)의 소결 수축률이 전해질막 시트(26)보다 커지고, 산소이온 전도체의 입자 사이즈가 200nm를 초과하면 버퍼층 시트(28)의 소결 수축률이 전해질막 시트(26)보다 작아지게 된다. 따라서 두 경우 모두 제4 단계(S400)에서 전해질막 시트(26)와 버퍼층 시트(28)간 수축률 차이가 생기므로 동시 소결시 깨지거나 휘어지는 문제가 발생할 수 있다.The oxygen ion conductor included in the buffer layer slurry may have a particle size of 50 nm to 200 nm. If the particle size of the oxygen ion conductor is less than 50 nm, the sintering shrinkage ratio of the buffer layer sheet 28 becomes larger than that of the electrolyte membrane sheet 26. If the particle size of the oxygen ion conductor exceeds 200 nm, The sheet 26 becomes smaller. Therefore, in both cases, there is a difference in shrinkage ratio between the electrolyte membrane sheet 26 and the buffer layer sheet 28 in the fourth step (S400), so that cracking or bending may occur during simultaneous sintering.

버퍼층 시트(28)는 버퍼층 슬러리에 포함된 소결 조제의 기능 및 전술한 산소이온 전도체의 제어된 입자 사이즈에 의해 제4 단계(S400)의 소결 과정에서 전해질막 시트(26)와 유사한 소결 거동 및 수축률을 나타낼 수 있다.The buffer layer sheet 28 has a sintering behavior similar to that of the electrolyte membrane sheet 26 in the sintering process of the fourth step (S400) and a shrinkage ratio (shrinkage ratio) similar to that of the electrolyte membrane sheet 26 due to the function of the sintering aids contained in the buffer layer slurry and the controlled particle size of the above- Lt; / RTI >

도 5는 도 1에 도시한 제2 단계의 스택을 나타낸 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view showing the stack of the second step shown in Fig.

도 5를 참고하면, 제2 단계(S200)에서 음극 지지체 시트(22), 수소 활성화층 시트(23), 음극 기능층 시트(24), 전해질막 시트(26), 및 버퍼층 시트(28)를 순서대로 적층하여 스택(30)을 형성한다. 스택(30)에서 음극 지지체 시트(22)는 복수개로 적층되며, 원하는 음극 지지체의 두께에 맞게 적층 개수를 조절할 수 있다. 수소 활성화층 시트(23)와, 음극 기능층 시트(24), 전해질막 시트(26) 및 버퍼층 시트(28) 또한 하나 또는 복수개로 적층되고, 원하는 두께에 맞게 적층 개수를 조절할 수 있다.5, in the second step S200, the cathode support sheet 22, the hydrogen activation layer sheet 23, the anode functional layer sheet 24, the electrolyte membrane sheet 26, and the buffer layer sheet 28 Are stacked in this order to form the stack 30. In the stack 30, a plurality of cathode support sheets 22 are stacked, and the number of stacked layers can be adjusted according to the thickness of a desired cathode support. The hydrogen-activating layer sheet 23, the negative electrode functional layer sheet 24, the electrolyte membrane sheet 26 and the buffer layer sheet 28 are also laminated one or more, so that the number of layers can be adjusted to a desired thickness.

제3 단계(S300)에서, 스택(30)을 가압 성형하여 도 6에 도시한 그린 바디(32)를 제조한다. 스택(30)은 50℃ 내지 200℃의 온도에서 일축 가압 성형(uniaxial pressing) 또는 등방압 가압 성형(isostatic pressing)될 수 있다. 일축 가압 성형은 몰드를 단일축 방향으로 가압하여 성형하는 방식이고, 등방압 가압 성형은 수압을 이용하여 몰드를 상하좌우 모든 방향으로 가압하여 성형하는 방식이다. 그린 바디(32)는 가압 성형에 의해 치밀한 조직 구조를 형성할 수 있다. 일축 가압 성형으로 그린 바디를 만들 경우 셀 크기가 증가할수록 시트 층간 박리가 일어나기 쉬우나, 등방압 가압 성형을 이용하면 시트간 박리를 막을 수 있다.In the third step (S300), the green body 32 shown in Fig. 6 is manufactured by press-molding the stack 30. The stack 30 may be uniaxial pressing or isostatic pressing at a temperature of 50 ° C to 200 ° C. Uniaxial pressing is a method in which a mold is pressed in a single axial direction and isotropic pressure pressing is a method in which a mold is pressed in all directions up, down, left, and right using water pressure. The green body 32 can form a dense tissue structure by press molding. When the green body is made by uniaxial pressing, it is easy to peel between the sheet layers as the cell size increases. However, it is possible to prevent peeling between the sheets by isotropic pressing.

가압 성형 온도가 50℃ 미만이면 그린 바디(32)의 성형성이 저하되어 시트간 접합이 어려워 소결후 박리가 일어날 수 있으며, 가압 성형 온도가 200℃를 초과하면 수압을 이용하는 장비 특성상 장비 운영에 어려움이 생긴다. 그린 바디(32)는 가압 성형에 의해 치밀한 조직 구조를 형성할 수 있다. 특히 등방압 가압 성형의 경우 그린 바디(32)에서 시트간 박리를 효과적으로 억제할 수 있다.If the pressure forming temperature is less than 50 캜, the green body 32 may lose the formability of the green body 32, which may result in delamination after sintering due to difficulty in joining the sheets. If the press forming temperature exceeds 200 캜, . The green body 32 can form a dense tissue structure by press molding. Particularly, in the case of isostatic pressing, it is possible to effectively suppress peeling between sheets in the green body 32.

이와 같이 완성된 그린 바디(32)를 원하는 크기와 모양으로 절단한 다음, 제4 단계(S400)에서 그린 바디(32)를 소결하여 도 7에 도시한 음극 지지체(34), 수소 활성화층(35), 음극 기능층(36), 전해질막(38) 및 버퍼층(40)을 형성한다.The thus formed green body 32 is cut into a desired size and shape and then the green body 32 is sintered in the fourth step S400 to form the anode support 34 and the hydrogen activation layer 35 A negative electrode functional layer 36, an electrolyte film 38, and a buffer layer 40 are formed.

소결은 1,200℃ 내지 1,500℃에서 진행될 수 있다. 소결 온도가 1,200℃ 미만이면 충분한 소결이 이루어지지 않아 기계적 강도가 저하되며, 소결 온도가 1,500℃를 초과하면 기공을 가져야 하는 부재들, 예를 들어 음극 지지체(34)와 수소 활성화층(35), 음극 기능층(36)의 기공도가 저하되므로 음극 지지체(34)와 수소 활성화층(35), 음극 기능층(36)의 성능이 저하될 수 있다.The sintering can proceed at 1,200 ° C to 1,500 ° C. When the sintering temperature is less than 1,200 ° C, sufficient mechanical sintering is not achieved and mechanical strength is lowered. When the sintering temperature exceeds 1,500 ° C, the members having pores such as the anode support 34 and the hydrogen activation layer 35, The performance of the anode support 34, the hydrogen activation layer 35, and the anode functional layer 36 may be deteriorated because the porosity of the anode functional layer 36 is lowered.

제4 단계(S400)의 소결 과정에서, 버퍼층 시트(28)는 버퍼층 슬러리에 포함된 소결 조제의 기능 및 산소이온 전도체의 제어된 입자 사이즈에 의해 전해질막 시트(26)와 유사한 소결 거동 및 수축률을 나타낸다. 그 결과, 완성된 단위 전지(200)에서 버퍼층(40)은 전해질막(38)에 대해 우수한 밀착력을 가지며, 소결 과정에서 변형이 발생하지 않는다.In the sintering process of the fourth step S400, the buffer layer sheet 28 has a sintering behavior and a shrinkage ratio similar to those of the electrolyte membrane sheet 26, depending on the function of the sintering auxiliary agent contained in the buffer layer slurry and the controlled particle size of the oxygen ion conductor . As a result, in the completed unit cell 200, the buffer layer 40 has excellent adhesion to the electrolyte film 38, and no deformation occurs in the sintering process.

버퍼층(40)은 전술한 소결 조제를 0.1a/o 내지 10a/o로 포함할 수 있다. 소결 조제의 함량이 0.1a/o 미만이면 소결 조제로 인한 소결 거동 및 수축률 제어 효과를 얻을 수 없으며, 소결 소제의 함량이 10a/o를 초과하면 소결 조제가 양극(42)과 전해질막(38)으로 확산하므로 전기 전도도를 저하시켜 단위 전지의 전력 밀도를 감소시킨다.The buffer layer 40 may contain the above-described sintering aids in the range of 0.1 to 10 a / o. If the sintering aid content is less than 0.1 a / o, the sintering behavior and the shrinkage ratio control effect due to the sintering assistant agent can not be obtained. If the content of the sintering agent exceeds 10 a / So that the electric conductivity is lowered and the power density of the unit cell is reduced.

마지막으로 제5 단계(S500)에서 버퍼층(40) 위에 양극 물질을 도포 후 열처리하여 양극(42)을 형성함으로써 고체 산화물 연료 전지용 단위 전지(200)를 완성한다.Finally, in the fifth step S500, a cathode material is coated on the buffer layer 40 and then heat-treated to form the anode 42, thereby completing the unit cell 200 for a solid oxide fuel cell.

도 8은 전술한 방법에 따라 완성된 본 실시예에 따른 단위 전지의 전자 현미경 사진이다.8 is an electron micrograph of the unit cell according to the present embodiment, which is completed according to the above-described method.

도 8에서와 같이, 본 단위 전지는 음극 지지체와 음극 기능층 사이에 수소 활성화층이 구비된다. 음극 지지체와 음극 기능층 및 수소 확산층은 모두 연료 가스 및 수증기의 이동이 원활하도록 소정의 기공을 갖는다. 음극 지지체의 기공도는 20 ~ 70%일 수 있고, 음극 기능층의 기공도는 5 ~ 50%일 수 있다. 그리고 수소 활성화층의 기공도는 5 ~ 70%일 수 있다.As shown in FIG. 8, the unit cell is provided with a hydrogen activation layer between the anode support and the anode functional layer. Both the cathode support, the anode functional layer and the hydrogen diffusion layer have predetermined pores to facilitate the movement of fuel gas and water vapor. The porosity of the anode support may be 20 to 70%, and the porosity of the anode functional layer may be 5 to 50%. The porosity of the hydrogen-activated layer may be between 5 and 70%.

본 실시예에서 수소 활성화층은 그 두께가 10 ~ 200um으로 형성된다. 수소 활성화층의 두께가 10um 미만인 경우에는 수소의 산화반응 속도 향상 효과를 충분히 얻지 못하며, 200um를 초과하게 되면 더 이상의 속도 상승 효과를 기대하기 어렵다.In this embodiment, the hydrogen-activating layer has a thickness of 10 to 200 mu m. When the thickness of the hydrogen activation layer is less than 10 탆, the effect of improving the oxidation rate of hydrogen is not sufficiently obtained.

버퍼층은 표면에 기공이 거의 없는 조밀한 구조를 형성한다.The buffer layer forms a dense structure with little pores on the surface.

이와 같이 본 실시예에서는 음극 지지체와 음극 기능층 시트 사이에 수소 활성화층을 적층 형성된다. Thus, in the present embodiment, a hydrogen-activating layer is formed between the anode support and the anode functional layer sheet.

수소 활성화층은 음극 기능층 아래에 존재하면서 고체 산화물 연료 전지의 연료인 수소 분자가 수소 이온으로 바뀌면서 전자를 내어놓는 반응이 일어날 수 있는 반응 사이트를 제공하게 된다. 즉, 수소 이온은 수소 활성화층의 수소이온 전도체를 통해 보다 원활하게 이동할 수 있게 된다. 이에 수소 활성화층의 작용으로 음극의 연료 산화 반응 속도가 증가함으로써, 단위 전지의 전력 밀도를 높일 수 있게 된다.The hydrogen activation layer provides a reaction site in which a hydrogen molecule as a fuel of the solid oxide fuel cell is converted into a hydrogen ion while the electronegative reaction occurs under the cathode functional layer. That is, the hydrogen ions can move more smoothly through the hydrogen ion conductors of the hydrogen activation layer. Accordingly, the speed of the fuel oxidation reaction of the cathode is increased by the action of the hydrogen activation layer, so that the power density of the unit cell can be increased.

상기 수소 활성화층은 음극 지지체층과, 음극 기능층, 전해질막 및 버퍼층과 함께 동시 소결 제조된다. 따라서 제조 공정을 단순화하고, 공정 시간을 단축시키며, 제조 비용을 절감할 수 있다.The hydrogen-activating layer is simultaneously sintered together with a cathode support layer, an anode functional layer, an electrolyte membrane and a buffer layer. Therefore, the manufacturing process can be simplified, the process time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

22 : 음극 지지체 시트 23 : 수소 활성화층 시트
24 : 음극 기능층 시트 26 : 전해질막 시트
28 : 버퍼층 시트 30 : 스택
32 : 그린 바디 34 : 음극 지지체
35 : 수소 활성화층 36 : 음극 기능층
38 : 전해질막 40 : 버퍼층
22: cathode support sheet 23: hydrogen-activated layer sheet
24: negative electrode function layer sheet 26: electrolyte membrane sheet
28: buffer layer sheet 30: stack
32: Green body 34: Negative electrode support
35: hydrogen-activated layer 36: negative electrode functional layer
38: electrolyte membrane 40: buffer layer

Claims (16)

테이프 캐스팅법을 이용하여 음극 지지체 시트, 수소 활성화층 시트, 음극 기능층 시트, 및 전해질막 시트를 제조하는 단계,
상기 음극 지지체 시트, 상기 수소 활성화층 시트, 상기 음극 기능층 시트, 및 상기 전해질막 시트를 순서대로 적층하여 스택을 형성하는 단계,
상기 스택을 가압하여 그린 바디를 제조하는 단계,
상기 그린 바디를 소결하여 음극 지지체, 수소 활성화층, 음극 기능층, 및 전해질막을 형성하는 단계, 및
상기 전해질막 위에 양극을 형성하는 단계
를 포함하는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
Preparing a negative electrode support sheet, a hydrogen-activated layer sheet, an anode functional layer sheet, and an electrolyte membrane sheet by tape casting;
Forming a stack by sequentially laminating the negative electrode sheet, the hydrogen-activating layer sheet, the negative electrode functional layer sheet, and the electrolyte membrane sheet in this order;
Pressing the stack to produce a green body,
Sintering the green body to form a cathode support, a hydrogen activation layer, a cathode functional layer, and an electrolyte membrane, and
Forming an anode on the electrolyte membrane
Wherein the method comprises the steps of:
제 1 항에 있어서,
상기 수소 활성화층 시트는,
Ni, Fe, Cu, Co, 또는 이들의 혼합물의 전이 금속 산화물과,
Zr, Ce, Ba, Sr을 주성분으로 하는 수소이온 전도체, 및
기공제
를 포함하는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrogen-
A transition metal oxide of Ni, Fe, Cu, Co, or a mixture thereof,
A hydrogen ion conductor mainly composed of Zr, Ce, Ba, and Sr, and
Credit
Wherein the method comprises the steps of:
제 2 항에 있어서,
상기 수소이온 전도체는 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, BaTbO3, Ba2SnYO5.5, SrTiO3, BaThO3, Ba3CaNb2O9에서 선택되는 어느 하나 이상으로 형성되는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
The proton conductor is SrCeO 3, BaCeO 3, BaZrO 3 , BaTbO 3, Ba 2 SnYO 5.5, SrTiO 3, BaThO 3, the manufacturing method of a Ba 3 CaNb 2 O Fuel cell unit cells formed by at least one selected from the 9 .
제 2 항에 있어서,
상기 수소이온 전도체는 0.1 ~ 10um의 입자 크기를 가지는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogen ion conductor has a particle size of 0.1 to 10 mu m.
제 2 항에 있어서,
상기 수소 활성화층은 5 ~ 70%의 기공도를 갖는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogen-activating layer has a porosity of 5 to 70%.
제 2 항에 있어서,
상기 수소 활성화층은 10 ~ 200um의 두께로 형성되는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogen-activating layer is formed to a thickness of 10 to 200 mu m.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해질막과 양극 사이에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
And forming a buffer layer between the electrolyte membrane and the anode.
제 1 항에 있어서,
상기 그린 바디를 제조하는 단계에서, 상기 스택을 50℃ 내지 200℃ 분위기에서 일축 가압 성형 또는 등방압 가압 성형하는 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the green body comprises uniaxially pressing or isostatically pressing the stack in an atmosphere of 50 to 200 占 폚.
제 1 항에 있어서,
상기 그린 바디의 소결 온도는 1,200℃ 내지 1,500℃인 연료 전지용 단위 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sintering temperature of the green body is 1,200 ° C to 1,500 ° C.
순차 적층되는 음극 지지체, 수소 활성화층, 음극 기능층, 전해질막, 및 양극을 포함하는 연료 전지용 단위 전지.A unit cell for a fuel cell comprising a cathode support, a hydrogen activation layer, a cathode functional layer, an electrolyte membrane, and a cathode sequentially stacked. 제 10 항에 있어서,
상기 전해질막과 양극 사이에 형성되는 버퍼층을 더 포함하는 연료 전지용 단위 전지.
11. The method of claim 10,
And a buffer layer formed between the electrolyte membrane and the anode.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 수소 활성화층은,
Ni, Fe, Cu, Co, 또는 이들의 혼합물의 전이 금속 산화물과,
Zr, Ce, Ba, Sr을 주성분으로 하는 수소이온 전도체, 및
기공제
를 포함하는 연료 전지용 단위 전지.
The method according to claim 10 or 11,
The hydrogen-
A transition metal oxide of Ni, Fe, Cu, Co, or a mixture thereof,
A hydrogen ion conductor mainly composed of Zr, Ce, Ba, and Sr, and
Credit
Wherein the fuel cell unit cell is a fuel cell.
제 12 항에 있어서,
상기 수소이온 전도체는 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, BaTbO3, Ba2SnYO5.5, SrTiO3, BaThO3, Ba3CaNb2O9에서 선택되는 어느 하나 이상으로 형성되는 연료 전지용 단위 전지.
13. The method of claim 12,
The proton conductor is SrCeO 3, BaCeO 3, BaZrO 3 , BaTbO 3, Ba 2 SnYO 5.5, SrTiO 3, BaThO 3, Ba 3 CaNb 2 O 9 for a fuel cell unit cells formed by at least one selected from.
제 13 항에 있어서,
상기 수소이온 전도체는 0.1 ~ 10um의 입자 크기를 가지는 연료 전지용 단위 전지.
14. The method of claim 13,
Wherein the hydrogen ion conductor has a particle size of 0.1 to 10 um.
제 14 항에 있어서,
상기 수소 활성화층은 5 ~ 70%의 기공도를 갖는 연료 전지용 단위 전지.
15. The method of claim 14,
Wherein the hydrogen-activated layer has a porosity of 5 to 70%.
제 15 항에 있어서,
상기 수소 활성화층은 10 ~ 200um의 두께로 형성되는 연료 전지용 단위 전지.
16. The method of claim 15,
Wherein the hydrogen-activating layer is formed to a thickness of 10 to 200 mu m.
KR1020100095522A 2010-09-30 2010-09-30 Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof KR101153359B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100095522A KR101153359B1 (en) 2010-09-30 2010-09-30 Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100095522A KR101153359B1 (en) 2010-09-30 2010-09-30 Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120033804A KR20120033804A (en) 2012-04-09
KR101153359B1 true KR101153359B1 (en) 2012-06-07

Family

ID=46136496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100095522A KR101153359B1 (en) 2010-09-30 2010-09-30 Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101153359B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113969408A (en) * 2021-10-12 2022-01-25 清华大学 Solid oxide fuel electrolytic cell and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100958514B1 (en) 2007-12-12 2010-05-17 한국생산기술연구원 Manufacturing method of solid oxide fuel cell
KR100966845B1 (en) 2006-11-23 2010-06-29 테크니칼 유니버시티 오브 덴마크 Improved method for the manufacture of reversible solid oxide cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100966845B1 (en) 2006-11-23 2010-06-29 테크니칼 유니버시티 오브 덴마크 Improved method for the manufacture of reversible solid oxide cell
KR100958514B1 (en) 2007-12-12 2010-05-17 한국생산기술연구원 Manufacturing method of solid oxide fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120033804A (en) 2012-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5489125B2 (en) All-ceramic solid oxide battery
JP5219298B2 (en) Thin solid oxide battery
EP1768208A2 (en) High performance anode-supported solid oxide fuel cell
JP5430009B2 (en) Removal of impurity phase from electrochemical devices
JP3230156B2 (en) Electrode of solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
KR101405477B1 (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell and cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
JP2011171289A (en) Electrolyte-electrode joined assembly, and producing method therefor
US9796021B2 (en) Method of fabricating a porous metal substrate structure for a solid oxide fuel cell
JP7261562B2 (en) Fuel cell, fuel cell stack, and method of making same
JP7245036B2 (en) Fuel cell stack and manufacturing method thereof
CN113394434B (en) Solid oxide fuel cell and method for manufacturing same
KR101153359B1 (en) Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof
KR101257424B1 (en) Unit cell for fuel cell and manufacturing method thereof
JP5547188B2 (en) Manufacturing method of electrolyte / electrode assembly
US20230115530A1 (en) Solid oxide fuel cell, solid oxide fuel cell stack and manufacturing method of solid oxide fuel cell
JP2004355814A (en) Solid oxide fuel battery cell and its manufacturing method
JP7330689B2 (en) Fuel cells and fuel cell stacks
KR20110004068A (en) Unit cell for solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
KR102109730B1 (en) Method for fabricating solid oxide fuel cell
KR20050025065A (en) High temperature fuel cell
JP2011009173A (en) Method of manufacturing electrolyte-electrode assembly
KR101359123B1 (en) Unit cell for solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same
KR20200096342A (en) Solid oxide fuel cell and method for producing same
JP2011009174A (en) Method of manufacturing electrolyte-electrode assembly
WO2023089978A1 (en) Solid oxide fuel cell and method for manufacturing same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150519

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160420

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170330

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180528

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190423

Year of fee payment: 8