KR101210479B1 - Method for producing unit cell of flat-tubular fuel-cell - Google Patents

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Abstract

길이방향으로 관통하는 연료 흐름부가 형성된 평관형의 전극 지지체를 압출 성형하는 단계; 상기 전극 지지체의 양단을 가압하여 단위셀 크기로 절단하는 단계; 상기 전극 지지체의 표면에 요철 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 전극 지지체를 건조하는 단계를 포함하는 평관형 연료전지 단위셀 제조방법에 따르면, 손쉽게 공기 통로를 형성할 수 있으며, 전극 지지체 자체에 요철패턴이 형성되어 별도의 연결재를 구비하지 아니하여도 공기 통로를 확보할 수 있어, 공정을 간소화할 수 있다.Extruding a flat electrode support having a fuel flow portion penetrating in the longitudinal direction; Pressing both ends of the electrode support to cut a unit cell size; Forming an uneven pattern on the surface of the electrode support; According to the method for manufacturing a flat fuel cell unit cell including drying the electrode support, an air passage can be easily formed, and an uneven pattern is formed on the electrode support itself so that the air does not have a separate connection material. A passage can be secured and the process can be simplified.

Description

평관형 연료전지 단위셀의 제조방법{Method for producing unit cell of flat-tubular fuel-cell}Method for producing unit cell of flat tube fuel cell {Method for producing unit cell of flat-tubular fuel-cell}

본 발명은 성형틀을 이용하여 평관형 전극 지지체의 공기 통로를 손쉽게 형성할 수 있는 평관형 전극 지지체의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a flat tubular electrode support that can easily form an air passage of the flat tubular electrode support using a mold.

차세대 연료전지로 불리는 고체산화물 연료전지는, 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동되었다. 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알칼리형, 인산형, 용융탄산염, 고체산화물 및 고분자 연료전지로 분류된다.The solid oxide fuel cell, called the next generation fuel cell, was first operated by Bauer and Preis in 1937 as a fuel cell using a solid oxide with oxygen or hydrogen ion conductivity as an electrolyte. Depending on the type of electrolyte used, it is largely classified into alkali type, phosphoric acid type, molten carbonate, solid oxide, and polymer fuel cell.

고체산화물 연료전지는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(700 - 1000 ℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어 져있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. Solid oxide fuel cells operate at the highest temperatures (700-1000 ° C) of existing fuel cells and are simpler in structure than other fuel cells because all components are solid, resulting in electrolyte loss, replenishment and corrosion. There is no problem, no noble metal catalyst and easy fuel supply through direct internal reforming.

또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점 때문에 고체산화물 연료전지에 관한 연구는 21세기초 상업화를 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.In addition, it has the advantage that thermal combined cycle power generation using waste heat is possible because the high-temperature gas is discharged. Because of these advantages, research on solid oxide fuel cells has been actively conducted in advanced countries such as the United States and Japan, aiming to commercialize in the early 21st century.

최근 들어 원통형 SOFC와 평판형 SOFC의 각 단점을 보완한 평관(platten tube) 형태의 디자인에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 평관형은 기존 원통형과 비교하여 스택부피를 줄일 수 있고 seal-less 장점은 유지하면서도 공기극 공급튜브를 제거하고 집전저항을 줄임으로써 출력밀도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
Recently, a lot of researches have been conducted on the design of a plate form that compensates for the disadvantages of cylindrical SOFC and flat SOFC. Compared with the conventional cylindrical type, the flat tube type can reduce stack volume and increase the power density by removing the cathode supply tube and reducing current collecting resistance while maintaining the seal-less advantage.

본 발명의 목적은 평관형 전극 지지체의 공기 통로를 손쉽게 형성할 수 있는 평관형전극 지지체 제조방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a flat electrode support which can easily form an air passage of the flat electrode support.

본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법은 길이방향으로 관통하는 연료 흐름부가 형성된 평관형의 전극 지지체를 압출 성형하는 단계; 상기 전극 지지체의 양단을 가압하여 단위셀 크기로 절단하는 단계; 상기 전극 지지체의 표면에 요철 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 전극 지지체를 건조하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a flat fuel cell unit cell, comprising: extruding a flat electrode support having a fuel flow portion penetrating in a longitudinal direction; Pressing both ends of the electrode support to cut a unit cell size; Forming an uneven pattern on the surface of the electrode support; And drying the electrode support.

이때, 상기 요철패턴을 형성하는 단계는 상기 전극 지지체와 접하는 면에 상기 요철패턴에 상응하는 스탬프 패턴이 형성된 성형틀을 이용하여 수행할 수 있다. In this case, the forming of the uneven pattern may be performed by using a molding mold in which a stamp pattern corresponding to the uneven pattern is formed on a surface in contact with the electrode support.

또한, 상기 전극 지지체는 세라믹 재질로 형성할 수 있다. In addition, the electrode support may be formed of a ceramic material.

한편, 건조하는 단계 이후에 상기 전극 지지체의 표면에 전해질을 코팅 및 열처리하여 고체 전해질층을 형성하는 단계 및 상기 전극 지지체의 일면에 양극을 형성하는 단계; 및 상기 전극 지지체의 타면에 연결재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. On the other hand, after the step of drying the coating and heat treatment of the electrolyte on the surface of the electrode support to form a solid electrolyte layer and forming a positive electrode on one surface of the electrode support; And forming a connection member on the other surface of the electrode support.

또한, 상기 전극 지지체의 표면에 요철패턴을 형성하는 단계는 상기 전극 지지체의 양면에 각각 요철패턴을 형성하며, 상기 요철패턴의 볼록부분은 복수 개의 단위셀을 적층 시 서로 접하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.
In the forming of the uneven pattern on the surface of the electrode support, the uneven pattern may be formed on both surfaces of the electrode support, and the convex portions of the uneven pattern may be formed at positions in contact with each other when the plurality of unit cells are stacked. It is done.

본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법에 따르면, 손쉽게 공기 통로를 형성할 수 있으며, 전극 지지체 자체에 요철패턴이 형성되어 별도의 연결재를 구비하지 아니하여도 공기 통로를 확보할 수 있어, 공정을 간소화할 수 있다.
According to the method for manufacturing a flat fuel cell unit cell of the present invention, an air passage can be easily formed, and an uneven pattern is formed on the electrode support itself, so that the air passage can be secured even without a separate connection material, Can be simplified.

도 1은 본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법의 일 실시예를 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법의 요철패턴형성 단계의 일 실시예를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법에 의해 형성된 평관형 연료전지 지지체의 제1 실시예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법에 의해 형성된 평관형 연료전지 지지체의 제2 실시예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법에 의해 형성된 평관형 연료전지 단위셀의 제1 실시예를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 평관형 연료전지 단위셀 제조방법에 의해 형성된 평관형 연료전지 단위셀의 제2 실시예를 나타낸 단면도.1 is a flow chart showing an embodiment of a flat tube fuel cell unit cell manufacturing method of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing an embodiment of the uneven pattern forming step of the manufacturing method of a flat tube fuel cell unit cell of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a flat tubular fuel cell support formed by the method for manufacturing a flat tubular fuel cell unit cell of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a flat tubular fuel cell support formed by the method for manufacturing a flat tubular fuel cell unit cell of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a flat tube fuel cell unit cell formed by the method for manufacturing a flat tube fuel cell unit cell of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a flat tube fuel cell unit cell formed by the method for manufacturing a flat tube fuel cell unit cell of the present invention.

간편하게 단위 셀간의 공기통로를 형성할 수 있는 평관형 연료전지 단위셀 제조방법에 대해 도 1의 순서도를 중심으로 도 2 내지 도 6의 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. A method for manufacturing a flat fuel cell unit cell that can easily form an air passage between unit cells will be described in detail with reference to the drawings of FIGS. 2 to 6 with reference to the flowchart of FIG. 1.

먼저, 길이방향으로 관통하는 연료 흐름부(15)가 형성된 평관형의 전극 지지체(10)를 압출 성형한다(S100). 전극 지지체는 전극의 형태를 유지하게 해주는 역할과 동시에 연료가 흐를 수 있는 연료 흐름부(15)를 포함하여 연료와 반응하는 연료극의 역할도 겸한다. First, the flat tubular electrode support 10 in which the fuel flow part 15 penetrates in the longitudinal direction is extruded (S100). The electrode support also serves to maintain the shape of the electrode and at the same time serves as a fuel electrode that reacts with the fuel, including the fuel flow portion 15 through which the fuel can flow.

연료 흐름부(15)는 한 개일 수도 있고 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 복수 개를 형성할 수도 있다. 지르코니아, 실리콘 등과 같은 세라믹 재질 분말을 이용하여 평관형의 전극 지지체(10)를 연속적으로 압출 성형한다.There may be one fuel flow portion 15 or may form a plurality of fuel flow portions as shown in FIGS. Using a ceramic powder such as zirconia and silicon, the flat electrode support 10 is continuously extruded.

연속적으로 생산된 전극 지지체(10)의 양단을 가압하여 단위셀 크기로 절단하고(S150), 전극 지지체(10)의 표면에 요철패턴(11,12,13,14)을 형성한다(S200). 도 2를 참조하면, 전극 지지체(10)의 표면에 요철패턴(11,12,13,14)을 형성하는 일 실시예로서, 성형틀(51,52)을 이용하여 제조하는 방법의 사시도가 도시되어 있다. Pressing both ends of the continuously produced electrode support 10 to cut into unit cell sizes (S150), to form the uneven patterns (11, 12, 13, 14) on the surface of the electrode support (10) (S200). Referring to FIG. 2, as an embodiment of forming the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 on the surface of the electrode support 10, a perspective view of a manufacturing method using the molds 51 and 52 is illustrated. It is.

이때, 양단을 가압하여 절단과 동시에 요철패턴(11,12,13,14)을 전극 지지체(10)의 표면에 찍을 수도 있다. At this time, both ends may be pressed to cut the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 onto the surface of the electrode support 10.

전극 지지체(10)가 압출 성형 후 건조하기 전에 전극 지지체(10)의 표면에 눌러서 찍을 수 있는 스탬프 패턴(53,54)이 형성된 성형틀(51,52)을 이용하여 가압하면 요철(凹凸)패턴(11,12,13,14)이 형성된다. 이러한 요철패턴(11,12,13,14)은 전극 지지체(10)의 양면에 형성할 수도 있고, 단면에만 형성할 수도 있다. If the electrode support 10 is pressurized by using the forming molds 51 and 52 having stamp patterns 53 and 54 formed on the surface of the electrode support 10 before pressing and drying, the uneven pattern is formed. (11, 12, 13, 14) are formed. The uneven patterns 11, 12, 13, and 14 may be formed on both surfaces of the electrode support 10, or may be formed only in the cross section.

도 3은 단면에만 요철패턴(11,12)이 형성된 전극 지지체(10)를 도시한 단면도이고, 도 4는 양면에 요철패턴(11,12,13,14)이 형성된 전극 지지체(10)를 도시한 단면도이다. 전극 지지체(10)의 표면에 형성된 요철패턴(11,12,13,14) 중 오목패턴(11,13)을 통해 공기가 통과할 수 있는 통로가 된다. FIG. 3 is a cross-sectional view of the electrode support 10 having the uneven patterns 11 and 12 formed only on a cross section, and FIG. 4 illustrates the electrode support 10 having the uneven patterns 11, 12, 13 and 14 formed on both surfaces thereof. One cross section. The concave-convex patterns 11, 12, 13, and 14 formed on the surface of the electrode support 10 serve as passages through which air can pass through the concave patterns 11 and 13.

도 4와 같이 전극 지지체(10)의 양면에 각각 요철패턴(11,12,13,14)을 형성하는 경우, 요철패턴의 볼록패턴(12,14)은 복수 개의 단위셀을 적층 시 서로 접하는 위치에 형성할 수 있다. As shown in FIG. 4, when the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 are formed on both surfaces of the electrode support 10, the convex patterns 12 and 14 of the uneven pattern are in contact with each other when the plurality of unit cells are stacked. Can be formed on.

즉, 도 4에 도시된 전극 지지체(10)를 연속적으로 적층 하였을 때, 상부의 볼록패턴(12)는 하부의 볼록패턴(14)와 접하여 상부 패턴의 오목패턴(11)과 하부 패턴의 오목패턴(13)이 공기 통로를 형성한다.That is, when the electrode support 10 shown in FIG. 4 is continuously stacked, the upper convex pattern 12 is in contact with the lower convex pattern 14 to form the concave pattern 11 of the upper pattern and the concave pattern of the lower pattern. 13 forms an air passage.

특히, 양면 혹은 후술할 양극(공기극)(30)이 형성되는 면에 요철패턴(11,12,13,14)을 형성하는 경우에는 공기 통로의 역할을 할 뿐만 아니라, 양극(30)과 공기가 접하는 표면적이 넓어지는 효과도 얻을 수 있다. In particular, when the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 are formed on both surfaces or on the surface on which the anode (air electrode) 30 to be described later is formed, the anode 30 and the air The effect of widening the surface area in contact can also be obtained.

요철패턴(11,12,13,14)을 형성한 후엔 요철패턴(11,12,13,14)이 손상되지 않도록 전극 지지체(10)를 건조한다(S250). 또한, 전극 지지체(10)에 휨이 생기지 않도록 온도 및 습도 등을 조절하여 건조한다.After the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 are formed, the electrode support 10 is dried to prevent the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 from being damaged (S250). In addition, the temperature and humidity of the electrode support 10 is adjusted to dry so that warpage does not occur.

건조하는 단계 이후에 상기 전극 지지체(10)의 표면에 전해질을 코팅 및 열처리하여 고체 전해질층(20)을 형성한다(S300). 전해질층(20)은 음극(연료극)과 양극(30)(공기극)사이에 개재되어 전자의 이동통로로서 역할을 한다. After drying, the electrolyte is coated and heat-treated on the surface of the electrode support 10 to form a solid electrolyte layer 20 (S300). The electrolyte layer 20 is interposed between the negative electrode (fuel electrode) and the positive electrode 30 (air electrode) to serve as a movement path for electrons.

다음으로 전극 지지체(10)의 일면에 양극(30)을 형성한다(S330). 양극(30)은 도 5에 도시된 바와 같이 요철패턴(11,12,13,14)이 형성되지 않은 면에 형성하거나, 도 6에 도시된 바와 같이 요철패턴(11,12,13,14)이 형성된 면에 형성할 수 있다. 양극(30)은 공기극으로서 도 6에 도시된 바와 같이 요철패턴(11,12,13,14)이 형성된 면에 형성하면, 공기와 접하는 면이 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.Next, an anode 30 is formed on one surface of the electrode support 10 (S330). The anode 30 is formed on a surface where the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 are not formed as shown in FIG. 5, or the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 as shown in FIG. 6. It can be formed in the formed surface. As the anode 30 is formed on the surface on which the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 are formed as shown in FIG. 6, the surface in contact with the air can be widened.

다음으로, 전극 지지체(10)의 타면에 연결재(40)를 더 형성한다(S360). 연결재(40)는 각 셀간의 적층 시 음극과 양극(30)을 전기적으로 이어주는 역할을 한다. Next, the connection member 40 is further formed on the other surface of the electrode support 10 (S360). The connecting member 40 serves to electrically connect the cathode and the anode 30 when the cells are stacked.

전극 지지체(10)에 요철패턴(11,12,13,14)을 형성하지 않는 경우에는 연결재(40)에 요철패턴을 형성하여 공기 통로를 형성하나, 본 발명은 전극 지지체(10) 자체 형상으로 공기 통로가 제공될 수 있으므로 연결재(40)는 전기전도성이 있는 물질로 적층되는 다른 단위셀과 접하는 부분에 형성되면 된다. When the uneven patterns 11, 12, 13, and 14 are not formed in the electrode support 10, an uneven pattern is formed in the connecting member 40 to form an air passage. However, the present invention is in the shape of the electrode support 10 itself. Since an air passage may be provided, the connecting member 40 may be formed at a portion in contact with another unit cell stacked with an electrically conductive material.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 요철패턴(11,12)이 형성된 면 전체에 형성할 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 요철패턴의 볼록패턴(12)에만 형성할 수도 있다. 또는 도전성 판형재를 적층하는 방식으로 연결재(40)를 형성할 수도 있다.Therefore, as shown in FIG. 6, the surface may be formed on the entire surface on which the uneven patterns 11 and 12 are formed, or may be formed only on the convex pattern 12 of the uneven pattern. Alternatively, the connecting member 40 may be formed by stacking conductive plate members.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.

10: 전극 지지체 11,12,13,14: 요철(凹凸) 패턴
15: 연료 흐름부 20: 고체 전해질층
30: 양극 40: 연결재
51,52: 성형틀 53,54: 성형틀 패턴10: electrode support 11, 12, 13, 14: uneven pattern
15: fuel flow portion 20: solid electrolyte layer
30: anode 40: connecting material
51,52: Molding mold 53,54: Molding mold pattern

Claims (5)

길이방향으로 관통하는 연료 흐름부가 형성된 평관형의 전극 지지체를 압출 성형하는 단계;
상기 전극 지지체의 양단을 가압하여 단위셀 크기로 절단하는 단계;
상기 전극 지지체의 표면에 상기 절단하는 단계와 동시에 요철패턴을 형성하는 단계; 및
상기 전극 지지체를 건조하는 단계를 포함하고,
상기 요철패턴을 형성하는 단계는, 상기 전극 지지체와 접하는 면에 상기 요철패턴에 상응하는 스탬프 패턴이 형성된 성형틀을 가압하여 수행하고, 상기 전극 지지체의 양면에 각각 요철패턴을 형성하며, 상기 요철패턴의 볼록부분은 복수개의 단위셀을 적층시 서로 접하는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 평관형 연료전지 단위셀 제조방법.Extruding a flat electrode support having a fuel flow portion penetrating in the longitudinal direction;
Pressing both ends of the electrode support to cut a unit cell size;
Forming an uneven pattern on the surface of the electrode support simultaneously with the cutting; And
Drying the electrode support;
The forming of the uneven pattern may be performed by pressing a forming mold having a stamp pattern corresponding to the uneven pattern on a surface in contact with the electrode support, and forming uneven patterns on both sides of the electrode support, respectively. The convex portion of the flat tubular fuel cell unit cell manufacturing method, characterized in that formed in a position in contact with each other when the plurality of unit cells are stacked. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전극 지지체는 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 평관형 연료전지 단위셀 제조방법. The method of claim 1,
The electrode support is a flat tube fuel cell unit cell manufacturing method, characterized in that the ceramic material. 제1항에 있어서,
상기 건조하는 단계 이후에
상기 전극 지지체의 표면에 전해질을 코팅 및 열처리하여 고체 전해질층을 형성하는 단계;
상기 전극 지지체의 일면에 양극을 형성하는 단계; 및
상기 전극 지지체의 타면에 연결재를 형성하는 단계를 더 포함하는 평관형 연료전지 단위셀 제조방법. The method of claim 1,
After the drying step
Coating and heat-treating an electrolyte on a surface of the electrode support to form a solid electrolyte layer;
Forming an anode on one surface of the electrode support; And
Forming a connection member on the other surface of the electrode support further comprising a flat tube fuel cell unit cell manufacturing method. 삭제delete
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