KR101189159B1 - Sheets producting deviece and method for electrode of solid oxide fuel cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 일방향으로 이동하는 이송유닛과, 상기 이송유닛의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 장착되고 상기 이송유닛의 상부측에 근접하게 배치되어 내부에 수용된 슬러리를 배출시키면서 상기 이송유닛 상에 도포하는 댐과, 상기 이송유닛 및 상기 댐이 내장되는 밀폐된 공간이 형성되고 상기 댐의 이동을 안내하면서 상기 이송유닛의 이동을 지지하며 상기 이송유닛 상에 도포된 슬러리를 고체산화물연료전지용 전극시트로 변화하도록 가열 건조하는 건조챔버와, 상기 건조챔버의 출구측에 상기 이송유닛에 의하여 이송되는 상기 전극시트를 상기 이송유닛으로부터 분리하는 분리편을 포함하는 장치를 이용하여, 이송유닛의 상부측에 슬러리를 동일한 두께로 도포하며 전극시트를 형성하고, 건조챔버 내에서 상기 전극시트를 가열하여 수분을 제거하며, 분리편을 통과시켜 상기 전극시트를 상기 이송유닛으로부터 분리하고, 상기 건조챔버로부터 배출된 상기 전극시트를 상기 건조챔버로부터 연장된 열처리챔버 내에서 고온 소결시키는 방법을 적용할 수 있다.The present invention relates to a sheet manufacturing apparatus and a manufacturing method of an electrode for a solid oxide fuel cell, the transfer unit moving in one direction, and is mounted to be movable along the longitudinal direction of the transfer unit and disposed close to the upper side of the transfer unit And a dam applied to the transfer unit while discharging the slurry contained therein, and a sealed space in which the transfer unit and the dam are built is formed, and supports the movement of the transfer unit while guiding the movement of the dam. A drying chamber for heating and drying the slurry coated on the unit into an electrode sheet for a solid oxide fuel cell, and a separation piece for separating the electrode sheet conveyed by the transfer unit from the outlet of the drying chamber from the transfer unit. Using the apparatus comprising, apply the slurry to the upper side of the transfer unit to the same thickness and Forms a sheet, heats the electrode sheet in a drying chamber to remove moisture, passes through a separating piece to separate the electrode sheet from the transfer unit, and discharges the electrode sheet discharged from the drying chamber from the drying chamber. The method of high temperature sintering in an extended heat treatment chamber can be applied.
Description
본 발명은 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 두께에 우수한 품질의 고체산화물연료전지용 전극의 시트를 신속하고 대량으로 생산할 수 있도록 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a sheet manufacturing apparatus and a manufacturing method of an electrode for a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a solid oxide fuel cell that can produce a sheet of the solid oxide fuel cell electrode of a good quality in a uniform thickness quickly and in large quantities A sheet manufacturing apparatus and a manufacturing method of an electrode.
연료전지는 지난 20세기의 오일쇼크로 몸살을 앓은 전세계 각국이 대체에너지원을 개발하고 연구하는 가운데 동력원으로서 시스템 효율이 기존 내연기관보다 높다는 점에서 차세대동력원으로서의 역할뿐만 아니라, 기존의 석유에너지의 사용에 따른 대기 공해 및 오염을 획기적으로 줄일 수 있는 아이템이라 하겠다.Fuel cells are not only used as next-generation power sources in that system efficiency is higher than existing internal combustion engines as countries develop and research alternative energy sources around the world suffering from oil shocks of the 20th century. This will reduce the air pollution and pollution caused by the item will be called.
이러한 연료전지는 반응 물질로 수소 외에 메탄과 천연가스 등의 화석연료를 사용하는 것과, 메탄올 및 히드라진과 같은 액체연료를 사용하는 것 등이 있으며 이들 중 작동온도가 300℃ 정도 이하의 것을 저온형으로, 그 이상의 것을 고온형으로 분류한다.Such fuel cells include fossil fuels such as methane and natural gas in addition to hydrogen, and liquid fuels such as methanol and hydrazine, among which the operating temperature is 300 ° C or lower. And more are classified as high temperature.
이중에서, 고체산화물연료전지(Solid oxide fuel cell)의 작동 온도 범위는 대략 700 내지 1,000℃로, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도에서 작동하는 것으로 알려져 있으며, 모든 구성요소가 고체이므로 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 염려가 없음은 물론, 전해액을 보충한다든가, 전극의 부식 등 제반 문제가 일체 없고, 귀금속 촉매가 필요 없으며 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다.Among them, the operating temperature range of the solid oxide fuel cell is approximately 700 to 1,000 ° C., and it is known to operate at the highest temperature of the existing fuel cells. In comparison, the structure is simple, there is no fear of loss of the electrolyte, there are no problems such as replenishing the electrolyte, corrosion of the electrode, no precious metal catalyst, and easy fuel supply through internal reforming.
고체산화물연료전지의 단위전지는 캐소드(cathode), 전해질, 어노드(anode)를 순차적으로 적층한 후 각 극판으로부터 전극탭을 인출하고, 캐소드와 전해질 및 어노드를 적층하여 이루어진 적층구조체를 고온 고압하에서 권취하여 전극 조립체를 제조하게 된다.In the unit cell of the solid oxide fuel cell, a cathode, an electrolyte, and an anode are sequentially stacked, the electrode tabs are taken out from each electrode plate, and the stacked structure formed by stacking the cathode, the electrolyte, and the anode is subjected to high temperature and high pressure. It is wound up to produce an electrode assembly.
이후, 전극 조립체는 열처리되어 전극과 전해질의 접합체인 전지가 완성되는 것이다.Thereafter, the electrode assembly is heat treated to complete a battery that is a conjugate of the electrode and the electrolyte.
이때, 전극은 슬러리 형태의 원료를 대면적 시트 형태로 형성시켜 제작되는 것이며, 특별히 도시하지 않았으나 스크린 프린팅(Screen printing)후 소결하는 방법, 증착법, 용사코팅(Plasma spray)법 등 다양한 방법을 통하여 전극을 제작하게 된다.In this case, the electrode is produced by forming a raw material in the form of a slurry in a large area sheet form, and although not shown in particular, the electrode through a variety of methods such as sintering after screen printing, deposition, spray coating (Plasma spray) method Will be produced.
그러나, 전술한 스크린 프린팅후 소결하는 방법은 슬러리를 코팅하는 경우 스크린 부착, 코팅, 스크린 탈착 등의 작업이 그 특성상 연속적으로 이루어지기 힘들므로, 동일한 품질의 코팅 제품을 획득하기 힘들며, 건조 또는 열처리시 과도한 수축에 의해 심한 균열이 발생되는 경우가 있었다.However, the above-described method of sintering after screen printing is difficult to obtain a coating product of the same quality, since it is difficult to continuously perform screen attachment, coating, screen desorption, etc. when the slurry is coated, because of its characteristics, and when drying or heat treatment Severe cracking was sometimes caused by excessive shrinkage.
그리고, 증착법은 공정이 이루어지는 속도가 느리고 고가의 장비를 필요로 하므로 생산비용 및 제조단가가 높아져 제품의 가격경쟁력이 떨어지는 문제가 있었다.In addition, since the deposition method is a slow process and requires expensive equipment, there is a problem in that the cost competitiveness of the product is lowered due to higher production cost and manufacturing cost.
또한, 용사코팅법은 금속분말의 표면 혹은 일부만 용융시켜 코팅시키는 특성상, 스플랫 인터페이스(splat interface), 용융되지 않은 금속분말, 크랙(crack) 등 다양한 결함이 적어도 하나 이상의 조합으로 일어나기 때문에 전기적 특성을 요구하는 제품에는 적용하기 힘든 문제도 있었다.
In addition, the thermal spray coating method is characterized in that the surface of the metal powder is melted or coated only part of the metal powder, because various defects such as splat interface, unmelted metal powder, cracks occur in at least one or more combinations to improve the electrical properties There was also a problem that was difficult to apply to the required product.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 균일한 두께에 우수한 품질의 제품을 획득할 수 있도록 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치 및 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to improve the above problems, and to provide a sheet manufacturing apparatus and a manufacturing method of an electrode for a solid oxide fuel cell to obtain a product of excellent quality in a uniform thickness.
그리고, 본 발명은 일련의 공정을 연속적으로 수행하며 결함 발생 요인을 최소화하여 신속한 대량생산이 이루어지도록 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치 및 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
In addition, the present invention is to provide a sheet manufacturing apparatus and method for manufacturing an electrode for a solid oxide fuel cell to perform a series of processes continuously and to minimize the occurrence of defects to achieve a rapid mass production.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일방향으로 이동하는 이송유닛과, 상기 이송유닛의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 장착되고 상기 이송유닛의 상부측에 근접하게 배치되어 내부에 수용된 슬러리를 배출시키면서 상기 이송유닛 상에 도포하는 댐과, 상기 이송유닛 및 상기 댐이 내장되는 밀폐된 공간이 형성되고 상기 댐의 이동을 안내하면서 상기 이송유닛의 이동을 지지하며 상기 이송유닛 상에 도포된 슬러리를 고체산화물연료전지용 전극시트로 변화하도록 가열 건조하는 건조챔버와, 상기 건조챔버의 출구측에 상기 이송유닛에 의하여 이송되는 상기 전극시트를 상기 이송유닛으로부터 분리하는 분리편을 포함하며, 상기 전극시트는 고온으로 소결되는 실시예의 적용이 가능하다.In order to achieve the above object, the present invention provides a transfer unit moving in one direction, and is mounted to be movable along the longitudinal direction of the transfer unit and disposed close to the upper side of the transfer unit while discharging the slurry contained therein. A dam applied on the transfer unit, and a sealed space in which the transfer unit and the dam are built are formed, support the movement of the transfer unit while guiding the movement of the dam, and solidify the slurry applied on the transfer unit. A drying chamber which is heated and dried to change into an electrode sheet for an oxide fuel cell, and a separating piece separating the electrode sheet conveyed by the transfer unit from the transfer unit at an outlet side of the drying chamber, wherein the electrode sheet has a high temperature. Application of the embodiment to be sintered is possible.
그리고, 본 발명은 진공탈포 처리하고 안정화되어 댐에 수용된 슬러리를 배출시켜 일방향으로 이동하는 이송유닛의 상부측에 동일한 두께로 도포하며 전극시트를 형성하는 제1 단계와, 상기 이송유닛과 상기 댐을 수용하는 건조챔버 내에서 외기 유입을 차단하고 상기 전극시트를 가열하여 수분을 제거하는 제2 단계와, 상기 이송유닛의 상부측과 일직선상에 배치된 분리편을 통과시키면서 상기 전극시트를 상기 이송유닛으로부터 분리하여 상기 건조챔버로부터 배출시키는 제3 단계와, 상기 건조챔버로부터 배출된 상기 전극시트를 상기 건조챔버로부터 연장된 열처리챔버 내에서 고온 소결시키는 제4 단계를 포함하는 방법의 적용 또한 가능함은 물론이다.
In addition, the present invention is a vacuum degassing treatment and stabilized to discharge the slurry contained in the dam to apply the same thickness to the upper side of the transfer unit moving in one direction to form an electrode sheet, the transfer unit and the dam A second step of blocking the inflow of outside air in the drying chamber to be accommodated and heating the electrode sheet to remove moisture; and passing the electrode sheet through the separation piece disposed in line with the upper side of the transfer unit. It is also possible to apply a method comprising a third step of separating from the drying chamber and discharging from the drying chamber, and a fourth step of hot sintering the electrode sheet discharged from the drying chamber in a heat treatment chamber extending from the drying chamber. to be.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be achieved.
우선, 일방향으로 이동하는 이송유닛 상에 슬러리를 일정한 두께로 도포하고 건조시킨후 분리하여 고온 소결하는 일련의 공정이 연속적으로 이루어지는 실시예를 적용함에 따라 고체산화물연료전지의 단위전극 제조 과정에서 발생하는 결함을 최소화하고 우수한 품질의 제품을 획득할 수 있을 것이다.First, according to an embodiment in which a series of processes in which a slurry is applied to a certain thickness on a transfer unit moving in one direction, dried, separated, and then sintered at high temperature are applied, the process occurs in the unit electrode manufacturing process of the solid oxide fuel cell. It will be possible to minimize defects and obtain a good quality product.
그리고, 본 발명은 건조챔버로부터 건조된 전극시트가 외기와 접촉하지 않고 곧바로 고온 소결되도록 함으로써 결함 발생 요인을 최소화하고 신속한 대량생산이 가능하게 됨은 물론, 고장 발생 개소의 파악이 용이하여 즉각적인 대처가 가능하다.In addition, the present invention allows the electrode sheet dried from the drying chamber to be directly sintered at high temperature without contacting the outside air, thereby minimizing defects and enabling rapid mass production, as well as facilitating identification of breakdown points. Do.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제조장치 및 제조방법을 이용하면 용융탄산염연료전지의 구성요소도 제조할 수 있음은 물론, 전극층 뿐만 아니라 전해질도 일정하고 얇은 두께로 형성할 수 있으므로, 단위전지의 제조결함을 방지하고 전기화학적 특성이 좋은 연료전지의 생산이 가능하게 된다.
Therefore, using the manufacturing apparatus and manufacturing method according to various embodiments of the present invention can not only manufacture the components of the molten carbonate fuel cell, but also the electrode layer as well as the electrolyte can be formed in a constant and thin thickness, unit cell It is possible to prevent production defects and to produce fuel cells with good electrochemical properties.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치를 나타낸 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조방법을 나타낸 블록선도1 is a conceptual diagram showing a sheet manufacturing apparatus of an electrode for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a sheet manufacturing method of an electrode for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치를 나타낸 개념도로, 본 발명은 건조챔버(300) 내에서 일방향으로 이동하는 이송유닛(100) 상에 댐(200)으로부터 배출된 슬러리(400)가 도포되고, 슬러리(400)가 건조되어 전극시트(400')로 변화하면 고온으로 소결되어 최종적인 고체산화물연료전지용의 전극시트가 제조되는 구조임을 파악할 수 있다.1 is a conceptual view showing a sheet manufacturing apparatus of a solid oxide fuel cell electrode according to an embodiment of the present invention, the present invention is a
이송유닛(100)은 후술할 댐(200)에서 배출되어 도포된 슬러리(400)를 일방향으로 이동시킨다.The
댐(200)은 이송유닛(100)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 장착되고, 이송유닛(100)의 상부측에 근접하게 배치되어 내부에 수용된 슬러리(400)를 배출시키면서 이송유닛(100) 상에 일정한 두께로 도포하는 역할을 수행한다.The
건조챔버(300)는 이송유닛(100) 및 댐(200)이 내장되는 밀폐된 공간이 형성되고, 댐(200)의 이동을 안내하면서 이송유닛(100)의 이동을 지지하며, 이송유닛(100) 상에 도포된 슬러리(400')를 고체산화물연료전지용의 전극시트(400')로 변화하도록 가열 건조한다.The
분리편(500)은 건조챔버(300)의 출구측에 이송유닛(100)에 의하여 이송되는 전극시트(400')를 이송유닛(100)으로부터 분리하는 역할을 수행한다.
여기서, 전극시트(400')는 고온으로 소결되어 최종적으로 고체산화물연료전지용의 전극시트로 제품화될 수 있는 것이다.Here, the
본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같이 다양한 실시예의 적용이 가능함은 물론이다.The present invention can be applied to the embodiments as described above, it is of course possible to apply a variety of embodiments as follows.
우선, 이송유닛(100)은 전술한 바와 같이 슬러리(400)가 도포되고 이송되는 공간을 제공하는 것으로, 이송롤러(110)와 이송필름(120)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.First, the
참고로, 도면 상에서 도면부호 400'는 후술할 댐(200)에 수용된 슬러리(400)가 이송유닛(100)에 도포된 상태의 슬러리와, 건조챔버(300) 내에서 건조되어 다음 공정이 이루어지는 장소로 이동되는 전극시트를 동시에 표시하는 부호라 정의한다.For reference,
이송롤러(110)는 건조챔버(300)의 하부측에 장착되어 일방향으로 회전하는 적어도 하나 이상의 것으로, 특별히 도시하지 않았으나, 회전축(112)의 일측 단부에 구동모터를 장착하여 구동력으로 회전할 수 있다.The
이송필름(120)은 이송롤러(110)의 외주면에 권취되어 이송롤러(110)의 회전에 연동하고, 슬러리(400)가 도포되는 벨트 형상의 부재이다The conveying
여기서, 이송롤러(110)의 회전축(112) 단부는 각각 후술할 건조챔버(300) 내측에 회전 가능하게 지지되는 것이 바람직하며, 이송롤러(110)는 건조챔버(300)의 길이 방향, 즉 슬러리(400)가 이동하는 방향을 따라 복수로 장착하되, 이송롤러(110) 사이에는 이송필름(120)의 처짐 방지를 위하여 무구동의 보조롤러를 추가로 장착하는 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.Here, the end of the
한편, 댐(200)은 전술한 바와 같이 이송필름(120) 상에 도포되는 슬러리(400)를 배출하는 공간이 마련된 것으로, 저장통(210)과 블레이드(220) 및 이동 어셈블리(230)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.On the other hand, the
저장통(210)은 외부로부터 공급된 슬러리(400)가 수용되는 내부공간이 마련되고, 하부측에 슬러리(400)가 이송유닛(100)측으로 배출되게 관통된 배출슬릿(212)이 마련되는 구조이다.The
여기서, 슬러리(400)는 구체적으로는 92mol%의 ZrO₂와 8mol%의 Y₂O₃의 혼합분말에 물 또는 에탄올을 혼합한 것으로, 볼밀(ball-mill)을 이용하여 수 시간동안 혼합하여 사용하게 되는데 경우에 따라서 92mol%의 ZrO2와 8mol%의 Y₂O₃의 혼합분말에 결합제(binder)가 첨가된 톨루엔을 혼합한 것을 사용할 수도 있다.Here, the
이때, 결합제는 메틸셀룰로스(methyl cellulose)를 에틸알콜 및 톨루엔에 분산 및 용해시킨 것으로, 슬러리(400)의 원료이며, 이러한 원료에 니켈, 크롬, 또는 리튬 등과 같은 첨가제를 투입하여 혼합 교반하고 진공탈포하여 슬러리(400)를 생성하게 되는 것이다.In this case, the binder is methyl cellulose (methyl cellulose) dispersed and dissolved in ethyl alcohol and toluene, is a raw material of the
또한, 저장통(210)에는 배출슬릿(212)의 타측 가장자리로부터 블레이드(220)와 반대방향으로 경사지게 형성되어 슬러리(400)의 배출을 안내하는 가이드면(202)이 더 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the
블레이드(220)는 저장통(210)의 하부측에 배출슬릿(212)의 일측 가장자리를 따라 형성되어 이송유닛(100)의 이동 방향과 경사를 이루며 이송필름(120)의 상부측에 근접하는 부재로서, 이송필름(120)의 상부측에 도포되는 슬러리(400')의 두께는 블레이드(220)의 단부 가장자리와 이송필름(120)의 상부까지의 거리(d)로 결정되고 전술한 거리(d)는 블레이드(220)의 높낮이 조절에 따라 가변될 수 있다.The
전술한 거리(d)는 0.5 내지 3mm 정도의 범위에서 적절히 가변할 수 있다.The above-mentioned distance d may be appropriately varied in the range of about 0.5 to 3 mm.
이동 어셈블리(230)는 저장통(210)의 일측에 장착되어 이송유닛(100)의 이동 방향과 평행하게 저장통(210)을 왕복시키는 것으로, 이동 어셈블리(230)는 건조챔버(300) 내측에 왕복 가능하게 지지되는 것이 바람직하다.The
한편, 건조챔버(300)는 전술한 바와 같이 전극시트(400')를 건조시키는 공간이 마련된 것으로, 하우징(310)에 건조기(320)와 지지 브라켓(330) 및 가이드 레일(340)이 구비된 구조임을 알 수 있다.On the other hand, the
하우징(310)은 이송유닛(100)과 댐(200)을 수용하는 공간이 마련된 것으로, 작업환경에 맞게 적절히 길이와 폭 및 높이를 설계하여 시공할 수 있다.The
건조기(320)는 하우징(310) 내부의 일측에 장착되어 이송유닛(100)의 이동방향을 따라 열기를 공급하는 것으로, 건조기(320)의 열기 공급 방식으로서는 히터 또는 열선 등과 같은 기구로부터 전극시트(400')에 복사열이 도달되도록 한다든가 가열팬 등과 같은 기구로부터 전극시트(400')에 열풍을 분사하는 등의 방법을 채택하여 전극시트(400)')에 포함된 수분을 제거할 수 있을 것이다.The
지지 브라켓(330)은 하우징(310)의 하부측 내면에 장착되어 이송유닛(100), 더욱 상세히는 이송롤러(110)의 회전축(112)의 단부를 지지하면서 이송롤러(110)의 회전을 지지한다.The
가이드 레일(340)은 하우징(310)의 내면 양측에 평행하게 장착되고 이송유닛(100), 구체적으로는 이송필름(120)의 이동 방향과 평행을 이루며 댐(200), 즉 이동 어셈블리(230)의 왕복을 지지하는 것이다.The
여기서, 이동 어셈블리(230)는 도시된 바와 같이 가이드 레일(340) 상을 왕복하는 이동블럭의 형태, 즉 LM가이드와 같이 위치 제어를 정밀하게 실시할 수 있는 것을 적용할 수 있으며, 전술한 이동블럭은 특별히 도시하지 않았으나 가이드 레일(340)과 평행하게 장착된 스크류봉에 관통 결합되고, 스크류봉의 단부에 장착되어 정, 역회전하는 구동모터의 가동에 따라 가이드 레일(340)을 왕복할 수 있다.Here, the moving
또한, 이동 어셈블리(230)는 도시된 구조 외에도 가이드 레일(340)의 길이 방향을 따라 다수의 기어이가 일렬로 나열되는 랙 기어와 결합되는 피니언이 댐(200)과 결합하여 전술한 피니언과 랙의 기어 결합으로 댐(200)을 이동시키는 실시예의 적용도 가능하다.In addition, the
이외에도 이동 어셈블리(230)는 전술한 실시예에 국한되지 아니하고 실시 및 적용 가능한 구조의 것이라면 어떠한 것도 무방함은 물론이다.In addition, the moving
한편, 분리편(500)은 이송유닛(100)의 이송필름(120)으로부터 도포되고 건조된 전극시트(400')를 분리하는 역할을 하는 것으로, 이송필름(120)의 상부면과 일직선 상에 배치되는 하부면(510)과, 전극시트(400')의 이송방향을 따라 건조챔버(300)의 출구측을 향하여 하부면으로부터 상향 경사지게 형성된 분리사면(520)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.On the other hand, the
즉, 전극시트(400')는 분리사면(520)이 시작되는 지점(i)에서부터 이송유닛(100)과 분리되는 것이다.That is, the
한편, 건조챔버(300)의 출구측에는 분리편(500)에 의하여 분리 이송된 전극시트(400')를 수용하는 공간이 형성되며 전극시트(400')를 고온 소결시키는 열처리챔버(600)가 더 연장 형성된다.On the other hand, a space for accommodating the electrode sheet 400 'separated by the separating
미설명 부호로 610은 이송 컨베이어를, 620는 소결로를 각각 나타낸다.
여기서, 열처리챔버(600) 내에는 전극시트(400')가 열처리 과정 중에서 산화되어 변질되는 것을 방지하기 위하여 질소 가스와 같은 불활성 가스를 주입하여 불활성 분위기를 조성하는 것이 바람직하다.Here, in order to prevent the
상기와 같은 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치를 이용하여 전극시트를 제조하는 방법을 도 2를 참고로 살펴보고자 한다.With reference to FIG. 2, a method of manufacturing an electrode sheet using a sheet manufacturing apparatus of an electrode for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
도 2에 표시되지 않은 도면 부호 및 각 구성부의 결합 관계 및 위치는 도 1을 참고한다.Reference numerals not shown in FIG. 2 and a coupling relationship and position of each component refer to FIG. 1.
우선, 전극시트(400')의 제조를 위하여 슬러리(400)를 제조한다.First, the
구체적으로는 92mol%의 ZrO₂와 8mol%의 Y₂O₃의 혼합분말에 물 또는 에탄올을 혼합하되, 볼밀(ball-mill)을 이용하여 수 시간동안 혼합하여 사용하고, 경우에 따라서 92mol%의 ZrO2와 8mol%의 Y₂O₃의 혼합분말에 결합제(binder)가 첨가된 톨루엔을 혼합한 것을 사용할 수도 있다.Specifically, water or ethanol is mixed with 92 mol% of ZrO₂ and 8 mol% of Y₂O₃, and mixed for several hours using a ball mill, and in some cases, 92 mol% of ZrO2 and 8 mol% It is also possible to use a mixture of toluene added with a binder to the mixed powder of Y₂O₃.
결합제는 메틸셀룰로스(methyl cellulose)를 에틸알콜 및 톨루엔에 분산 및 용해시킨 것으로, 슬러리(400)의 원료이며, 이러한 원료에 니켈, 크롬, 또는 리튬 등과 같은 첨가제를 투입하여 혼합 교반하고 진공탈포하여 슬러리(400)를 생성하게 되는 것이다.The binder is methyl cellulose (methyl cellulose) dispersed and dissolved in ethyl alcohol and toluene, is a raw material of the
최초에 진공탈포 처리하고 안정화되어 댐(200)에 수용된 슬러리(400)를 배출시켜 일방향으로 이동하는 이송유닛(100)의 이송필름(120) 상부면에 동일한 두께로 도포하며 전극시트(400')를 형성하는 제1 단계(S10)가 이루어진다.First, vacuum defoaming and stabilizing to discharge the
이후, 이송유닛(100)과 댐(200)을 수용하는 건조챔버(300) 내에서 외기 유입을 차단하고 전극시트(400')를 가열하여 수분을 제거하는 제2 단계(S20)가 수행된다.Thereafter, a second step S20 is performed to block the inflow of outside air in the drying
여기서, 전극시트(400')는 건조챔버(300) 내에서 70 내지 150℃에서 5 내지 7시간 동안, 바람직하게는 6시간 내외로 건조시킨다.Here, the
계속하여, 전극시트(400') 이송필름(120)의 상부면과 일직선상에 배치된 분리편(500)을 통과하면 이송필름(120)으로부터 분리되고 건조챔버(300)로부터 배출되는 제3 단계(S30)가 이루어진다.Subsequently, when passing through the
다음으로, 건조챔버(300)로부터 배출된 전극시트(400')를 건조챔버(300)로부터 연장된 열처리챔버(600) 내에서 고온 소결시키는 제4 단계(S40)가 수행되는데, 열처리챔버(600) 내에서는 전극시트를 1,000~1,350℃에서 1 내지 3시간 동안, 바람직하게는 2시간 내외로 소결시킴으로써 이론상의 밀도와 비교하여 대략 90% 이상의 소결밀도를 가지는 전극시트(400')를 획득할 수 있다.Next, a fourth step S40 of performing high temperature sintering of the
여기서, 열처리챔버(600) 내에는 전극시트(400')가 열처리 과정 중에서 산화되어 변질되는 것을 방지하기 위하여 질소 가스와 같은 불활성 가스를 주입하여 불활성 분위기를 조성하는 것이 바람직하다.Here, in order to prevent the
이상과 같이 본 발명은 균일한 두께에 우수한 품질의 제품을 획득할 수 있고, 일련의 공정을 연속적으로 수행하며 결함 발생 요인을 최소화하여 신속한 대량생산이 이루어지도록 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.As described above, the present invention can obtain a product of excellent quality at a uniform thickness, performs a series of processes continuously and minimizes the occurrence of defects, the sheet manufacturing apparatus of the electrode for a solid oxide fuel cell to achieve a rapid mass production And it can be seen that the basic technical idea to provide a manufacturing method.
그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
It will be apparent to those skilled in the art that many other modifications and applications are possible within the scope of the basic technical idea of the present invention.
100...이송유닛 200...댐
300...건조챔버 400...슬러리
400'...전극시트 500...분리편
600...열처리챔버100 ...
300 ... drying
400 '...
600 ... heat treatment chamber
Claims (9)
상기 이송유닛의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 장착되고, 상기 이송유닛의 상부측에 근접하게 배치되어 내부에 수용된 슬러리를 배출시키면서 상기 이송유닛 상에 도포하는 댐;
상기 이송유닛 및 상기 댐이 내장되는 밀폐된 공간이 형성되고, 상기 댐의 이동을 안내하면서 상기 이송유닛의 이동을 지지하며, 상기 이송유닛 상에 도포된 슬러리를 고체산화물연료전지용 전극시트로 변화하도록 가열 건조하는 건조챔버; 및
상기 건조챔버의 출구측에 상기 이송유닛에 의하여 이송되는 상기 전극시트를 상기 이송유닛으로부터 분리하는 분리편;을 포함하며,
상기 건조챔버로부터 배출된 상기 전극시트는 외기와의 접촉이 차단된 상태에서 고온으로 소결되는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치.
A transfer unit moving in one direction;
A dam which is mounted to be movable along the longitudinal direction of the transfer unit and is disposed close to the upper side of the transfer unit and applied onto the transfer unit while discharging the slurry contained therein;
A sealed space in which the transfer unit and the dam are built is formed, to support the movement of the transfer unit while guiding the movement of the dam, and to change the slurry coated on the transfer unit into an electrode sheet for a solid oxide fuel cell. A drying chamber heated and dried; And
And a separating piece separating the electrode sheet conveyed by the conveying unit from the conveying unit at an outlet side of the drying chamber.
The electrode sheet discharged from the drying chamber is a sheet manufacturing apparatus of the electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that the contact with the outside air is sintered at a high temperature.
상기 이송유닛은,
상기 건조챔버의 하부측에 장착되어 일방향으로 회전하는 적어도 하나 이상의 이송롤러와,
상기 이송롤러의 외주면에 권취되어 상기 이송롤러의 회전에 연동하며, 상기 슬러리가 도포되는 벨트 형상의 이송필름을 포함하며,
상기 이송롤러의 회전축 단부는 각각 상기 건조챔버 내측에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치.
The method according to claim 1,
The transfer unit
At least one transfer roller mounted on a lower side of the drying chamber and rotating in one direction;
It is wound on the outer circumferential surface of the conveying roller and interlocked with the rotation of the conveying roller, and includes a conveying film having a belt shape to which the slurry is applied.
Rotating shaft end of the feed roller is a sheet manufacturing apparatus of the electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that rotatably supported inside the drying chamber, respectively.
상기 댐은,
외부로부터 공급된 상기 슬러리가 수용되는 내부공간이 마련되고, 하부측에 상기 슬러리가 상기 이송유닛측으로 배출되게 관통된 배출슬릿이 마련되는 저장통과,
상기 저장통의 하부측에 상기 배출슬릿의 일측 가장자리를 따라 형성되어 상기 이송유닛의 이동 방향과 경사를 이루며 상기 이송유닛의 상부측에 근접하는 블레이드와,
상기 저장통의 일측에 장착되어 상기 이송유닛의 이동 방향과 평행하게 상기 저장통을 왕복시키는 이동 어셈블리를 포함하며,
상기 이동 어셈블리는 상기 건조챔버 내측에 왕복 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치.
The method according to claim 1,
The dam,
An inner space for accommodating the slurry supplied from the outside, and a storage tank having a discharge slit through which the slurry is discharged to the transfer unit side at a lower side thereof;
A blade formed along one side edge of the discharge slit on the lower side of the reservoir to be inclined with the moving direction of the transfer unit and close to the upper side of the transfer unit;
It is mounted to one side of the reservoir includes a moving assembly for reciprocating the reservoir in parallel with the movement direction of the transfer unit,
The moving assembly is a sheet manufacturing apparatus of the electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that supported in the drying chamber in a reciprocating manner.
상기 댐은,
상기 배출슬릿의 타측 가장자리로부터 상기 블레이드와 반대방향으로 경사지게 형성되어 상기 슬러리의 배출을 안내하는 가이드면이 더 형성되며,
상기 이송유닛의 상부측에 도포되는 슬러리의 두께는 상기 블레이드의 단부 가장자리와 상기 이송유닛의 상부까지의 거리로 결정되고 상기 거리는 상기 블레이드의 높낮이 조절에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치.
The method according to claim 3,
The dam,
It is formed to be inclined in the opposite direction to the blade from the other edge of the discharge slit is further formed a guide surface for guiding the discharge of the slurry,
The thickness of the slurry applied to the upper side of the transfer unit is determined by the distance between the end edge of the blade and the upper portion of the transfer unit and the distance is variable according to the height adjustment of the blade, characterized in that the electrode for a solid oxide fuel cell Sheet manufacturing apparatus.
상기 건조챔버는,
상기 이송유닛과 상기 댐을 수용하는 공간이 마련된 하우징과,
상기 하우징 내부의 일측에 장착되어 상기 이송유닛의 이동방향을 따라 열기를 공급하는 건조기와,
상기 하우징의 하부측 내면에 장착되어 상기 이송유닛의 회전을 지지하는 지지 브라켓과,
상기 하우징의 내면 양측에 평행하게 장착되고 상기 이송유닛의 이동 방향과 평행을 이루며 상기 댐의 왕복을 지지하는 가이드 레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치.
The method according to claim 1,
The drying chamber,
A housing provided with a space for accommodating the transfer unit and the dam;
A dryer mounted on one side of the housing to supply heat along a moving direction of the transfer unit;
A support bracket mounted to an inner surface of the lower side of the housing to support rotation of the transfer unit;
And a guide rail mounted parallel to both sides of the inner surface of the housing and parallel to the moving direction of the transfer unit, and configured to support a reciprocation of the dam.
상기 분리편은,
상기 이송유닛의 상부측과 일직선 상에 배치되는 하부면과,
상기 전극시트의 이송방향을 따라 상기 건조챔버의 출구측을 향하여 상기 하부면으로부터 상향 경사지게 형성된 분리사면을 포함하며,
상기 전극시트는 상기 분리사면이 시작되는 지점에서부터 상기 이송유닛과 분리되는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치.
The method according to claim 1,
The separation piece,
A lower surface disposed in line with the upper side of the transfer unit;
And a separating slope formed to be inclined upwardly from the lower surface toward the exit side of the drying chamber along the conveying direction of the electrode sheet,
The electrode sheet is a sheet manufacturing apparatus of the electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that separated from the transfer unit from the point where the separation slope begins.
상기 건조챔버는,
상기 건조챔버의 출구측에 연장되고 상기 분리편에 의하여 분리 이송된 상기 전극시트를 수용하는 공간이 형성되며 상기 전극시트를 고온 소결시키는 열처리챔버가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조장치.
The method according to claim 1,
The drying chamber,
A space for accommodating the electrode sheet extended to the outlet side of the drying chamber and separated and transported by the separating piece is formed, and a heat treatment chamber for sintering the electrode sheet at high temperature is further provided. Sheet manufacturing apparatus.
상기 이송유닛과 상기 댐을 수용하는 건조챔버 내에서 외기 유입을 차단하고 상기 전극시트를 가열하여 수분을 제거하는 제2 단계;
상기 이송유닛의 상부측과 일직선상에 배치된 분리편을 통과시키면서 상기 전극시트를 상기 이송유닛으로부터 분리하여 상기 건조챔버로부터 배출시키는 제3 단계; 및
상기 건조챔버로부터 배출된 상기 전극시트를 상기 건조챔버로부터 연장된 열처리챔버 내에서 고온 소결시키는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조방법.
Vacuum degassing and stabilizing the first step of discharging the slurry contained in the dam to apply the same thickness to the upper side of the transfer unit moving in one direction to form an electrode sheet;
A second step of blocking the inflow of outside air in the drying chamber accommodating the transfer unit and the dam and removing moisture by heating the electrode sheet;
A third step of separating the electrode sheet from the transfer unit and discharging it from the drying chamber while passing through a separation piece arranged in line with the upper side of the transfer unit; And
And a fourth step of sintering the electrode sheet discharged from the drying chamber in a heat treatment chamber extending from the drying chamber. 4.
상기 전극시트는,
상기 건조챔버 내에서는 70 내지 150℃에서 5 내지 7시간 동안 건조시키고,
상기 열처리챔버 내에서는 상기 전극시트를 1,000~1,350℃에서 1 내지 3시간 동안 소결시키는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 전극의 시트 제조방법.
The method according to claim 8,
The electrode sheet,
In the drying chamber is dried for 5 to 7 hours at 70 to 150 ℃,
The sheet manufacturing method of the electrode for a solid oxide fuel cell, characterized in that the electrode sheet is sintered for 1 to 3 hours at 1,000 ~ 1,350 ℃ in the heat treatment chamber.
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