KR101210816B1 - Method for Preparing anode support for solid oxide fuel cells by high-frequency induction-heated sintering - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 유도가열 소결을 이용하여 다공성 구조를 갖는 다공성 복합재료의 제조방법 및 이에 의한 고체산화물 연료전지용 음극지지체에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 기존의 소결법보다 200~300℃ 정도 낮은 온도에서 수분 내에 소결할 수 있는 방법을 제공한다. 그 결과, 종래기술에 비하여 복합체의 결정립 성장을 억제 또는 제한할 수 있어 입자 크기 및 기공의 분포가 균일한 다공성 복합재료를 제조할 수 있다. The present invention relates to a method for producing a porous composite material having a porous structure using high frequency induction heating sintering and to a cathode support for a solid oxide fuel cell thereby. According to the present invention, there is provided a method capable of sintering in water at a temperature of about 200 to 300 ° C. lower than the conventional sintering method. As a result, compared with the prior art, it is possible to suppress or limit grain growth of the composite and to prepare a porous composite material having a uniform particle size and pore distribution.

Description

고주파 유도가열 소결을 이용한 연료전지용 음극지지체{Method for Preparing anode support for solid oxide fuel cells by high-frequency induction-heated sintering}Cathode support for fuel cell using high frequency induction heating sintering {Method for Preparing anode support for solid oxide fuel cells by high-frequency induction-heated sintering}

본 발명은 다공성 복합재료의 제조방법으로서, 보다 상세하게는 고주파 유도가열 소결을 이용하여 다공성 구조를 갖는 다공성 복합재료의 제조방법 및 이에 의한 고체산화물 연료전지용 음극지지체에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a porous composite material, and more particularly, to a method for manufacturing a porous composite material having a porous structure using high frequency induction heating sintering and to a cathode support for a solid oxide fuel cell thereby.

고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC)의 동작 온도는 600 ~ 1000 ℃의 고온이고 기존의 연료전지 중 가장 전력 변환 효율이 높으며 연료선택의 다양성 및 폐열의 사용에도 장점을 가지고 있어, 1-5KW의 가정용 연료전지 및 200KW급 이상의 중대형 발전 및 가스터빈과의 열병합발전에 적용될 수 있다.The operating temperature of solid oxide fuel cell (SOFC) is 600 ~ 1000 ℃ high temperature, the highest power conversion efficiency among the existing fuel cells, has the advantage of the variety of fuel selection and the use of waste heat, 1- It can be applied to 5KW household fuel cell, medium and large power generation over 200KW and cogeneration with gas turbine.

고체산화물연료전지는 일반적으로 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(cathode) 및 연료극(anode)로 이루어져 있다. 단위 전지의 각 전극에 공기와 연료를 공급하면, 공기극에서는 산소의 환원 반응이 일어나 산소 이온이 생성되며, 전해질을 통해 연료극으로 이동한 산소 이온은 다시 연료극에서 공급된 수소와 반응하여 물을 생성하게 된다. 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.A solid oxide fuel cell generally consists of an oxygen ion conductive electrolyte and a cathode and an anode positioned on both sides thereof. When air and fuel are supplied to each electrode of the unit cell, oxygen reduction reaction occurs in the cathode to produce oxygen ions, and oxygen ions moved to the anode through the electrolyte react with hydrogen supplied from the anode to generate water. do. In this case, electrons are generated at the anode and electrons are consumed at the cathode, so that electricity flows when the two electrodes are connected to each other.

통상적인 고체산화물 연료전지의 단위전지는, 전해질로서 이트리아 안정화된 지르코니아(Yttria Stabilized ZrO2, YSZ)가 사용되고, 공기극으로는 스트론튬 도핑된 란탄 망가나이트(LSM)(예를 들어, La0.8Sr0.2MnO3)가 사용되고, 연료극으로는 니켈 옥사이드(NiO)와 이트리아 안정화된 지르코니아가 혼합된 서메트(cermet)(NiO/YSZ)가 사용된다. As a unit cell of a conventional solid oxide fuel cell, yttria stabilized zirconia (YSZ) is used as an electrolyte, and strontium-doped lanthanum manganite (LSM) (for example, La 0.8 Sr 0.2 MnO 3) is used as an air electrode. ) Is used, and cermet (NiO / YSZ) in which nickel oxide (NiO) and yttria stabilized zirconia are mixed is used.

통상적으로 고체산화물 연료전지의 단위전지는 연료극과 전해질 및 공기극을 각각 소결하거나, 지지체가 되는 연료극을 먼저 소결한 후 연료극 상에 전해질을 코팅하여 소결하고, 마지막으로 공기극을 도포하여 소결하는 방식으로 제조된다.In general, a unit cell of a solid oxide fuel cell is manufactured by sintering a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode, or first sintering a fuel electrode serving as a support, then coating and sintering an electrolyte on the fuel electrode, and finally applying an air electrode to sinter it. do.

그러나, 기존의 소결과정을 이용하여 연료극을 소결할 경우(NiO/YSZ의 경우, 1400℃에서 12시간 이상) 오래시간과 높은 소결온도로 인한 입자성장으로 소결체의 제어가 쉽지않은 문제가 있다.
However, when the anode is sintered using the conventional sintering process (for NiO / YSZ, at 1400 ° C. or more for 12 hours or more), there is a problem that control of the sintered body is not easy due to grain growth due to long time and high sintering temperature.

본 발명은 짧은 시간과 낮은 온도에서 소결하여 연료전지용 음극지지체에 사용할 수 있는 다공성의 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a method for producing a porous composite that can be used for a cathode support for fuel cells by sintering at a short time and low temperature.

본 발명은 다공성 복합체의 미세구조 및 기공을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
The present invention is to provide a method for controlling the microstructure and pores of the porous composite.

본 발명의 하나의 양상은 a) 이온전도성 산화물, 전이금속 산화물 및 기공형성제를 혼합하는 단계, b) 상기 a)단계의 혼합물에 전류에 의하여 발생하는 열을 가하여 가압성형 및 소결하는 단계, 및 c) 상기 가압성형 및 소결된 생성물을 냉각하는 단계를 포함하는 다공성 복합재료의 제조방법에 관계한다. One aspect of the invention is a) mixing the ion conductive oxide, transition metal oxide and pore-forming agent, b) press forming and sintering by applying heat generated by current to the mixture of step a), and and c) cooling the press-molded and sintered products.

본 발명의 일구현예는 1000~1200℃에서 5분 이내로 소결하는 다공성 복합재료의 제조방법에 관계한다. One embodiment of the present invention relates to a method for producing a porous composite material which is sintered at 1000 to 1200 ° C within 5 minutes.

본 발명의 다른 양상은 상기 다공성 복합재료를 이용한 음극지지체에 관계한다.
Another aspect of the invention relates to a negative electrode support using the porous composite material.

본 발명에 의하면 기존의 소결법보다 200~300℃ 정도 낮은 온도에서 수분 내에 소결할 수 있는 방법을 제공한다. 그 결과, 종래기술에 비하여 복합체의 결정립 성장을 억제 또는 제한할 수 있어 입자 크기 및 기공의 분포가 균일한 다공성 복합재료를 제조할 수 있다. According to the present invention, there is provided a method capable of sintering in water at a temperature of about 200 to 300 ° C. lower than the conventional sintering method. As a result, compared with the prior art, it is possible to suppress or limit grain growth of the composite and to prepare a porous composite material having a uniform particle size and pore distribution.

도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 다공성 복합재료를 형성하기 위해 사용 가능한 유도전류 가열/가압 소결 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 다공성 복합재료를 형성하기 위해 사용 가능한 펄스전류 가열/가압 소결 장치의 다이 어셈블리를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 실시예 1 내지 3의 고주파 유도전류 가열/가압 소결하는 과정에서의 온도 및 수축길이 변화를 측정한 그래프이다.
도 4는 실시예 1과 비교예 1에서 수득한 복합재료(소결체)의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다.
도 5는 실시예 1과 비교예 1에서 수득한 복합재료(소결체)의 기공크기 분포도를 나타내는 그래프이다.
도 6는 실시예 1과 비교예 1에서 수득한 복합재료(소결체)의 3점 꺽임 강도를 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram showing a schematic configuration of an induction current heating / pressurizing sintering apparatus usable for forming a porous composite material according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic illustration of a die assembly of a pulsed current heating / pressurizing sintering apparatus usable for forming a porous composite material in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
3 is a graph measuring changes in temperature and shrinkage length in the process of heating / pressurizing high frequency induction current of Examples 1 to 3;
4 is a Scanning Electron Microscope (SEM) photograph of the composite material (sintered body) obtained in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
Figure 5 is a graph showing the pore size distribution of the composite material (sintered body) obtained in Example 1 and Comparative Example 1.
6 is a graph showing the three-point bending strength of the composite material (sintered body) obtained in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

본 발명의 일구현예 따른 다공성 복합재료의 제조방법은 혼합분말에 전류에 의하여 발생하는 열을 가하여 가압성형 및 소결하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a porous composite material according to an embodiment of the present invention is characterized in that the press molding and sintering by applying heat generated by the current to the mixed powder.

본 발명의 제조방법을 각 단계에 따라 상술하도록 한다.The manufacturing method of the present invention will be described in detail for each step.

다공성 복합재료는 세라믹필터, 다공성 세라믹 분리막, 촉매담체, 음극지지체 등에 적용될 수 있으며, 다만, 하기에서는 편의상 연료전지용 음극지지체를 중심으로 다공성 복합재료를 상술하도록 한다.
The porous composite material may be applied to a ceramic filter, a porous ceramic separator, a catalyst carrier, a negative electrode support, and the like, but for convenience, the porous composite material will be described in detail below based on the negative electrode support for the fuel cell.

혼합단계Mixing stage

상기 혼합단계는 이온전도성 산화물, 전이금속 산화물 및 기공형성제를 혼합하는 단계이다.The mixing step is a step of mixing the ion conductive oxide, transition metal oxide and pore forming agent.

상기 이온전도성 산화물은 도핑이 된 지르코니아, 세리아, 페로브스카이트계 산화물 및 이들의 복합체 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 사용할 수 있다.The ion conductive oxide may be any one selected from doped zirconia, ceria, perovskite-based oxide, and a complex thereof.

상기 전이금속 산화물은 Ni, Cu 또는 Ru인 것을 사용할 수 있다.The transition metal oxide may be used Ni, Cu or Ru.

연료의 산화반응을 활성화시키기 위해서는 음극(연료극)에 활성이 높은 촉매성분이 포함되어야 함은 물론 활성 반응점의 농도 또한 음극 내에 높게 유지되어야 한다. 또한 음극지지체는 연료의 전기화학반응이 일어나는 반응점까지 연료를 원할하게 공급하고, 또한 연료의 산화 반응시 생성되는 수증기를 원활하게 배출시켜야 하기 때문에 반응물이나 생성물의 이동이 용이한 통로로서의 기공을 포함하는 다공성 구조를 가져야 한다.In order to activate the oxidation reaction of the fuel, the cathode (fuel anode) must include a high activity catalyst component, as well as the concentration of the active reaction point must be maintained in the cathode. In addition, since the cathode support smoothly supplies the fuel to the reaction point at which the electrochemical reaction of the fuel occurs and also smoothly discharges the water vapor generated during the oxidation reaction of the fuel, the cathode support includes pores as a passage for easy movement of the reactants or products. It must have a porous structure.

이와 같은 물성들을 동시에 만족시키기 위하여 음극은 이온 전도성 산화물과 전기 화학적 활성을 가지면서도 전자전도도가 우수한 전이금속 산화물과의 복합체를 사용할 수 있다.In order to satisfy these properties at the same time, the cathode may use a complex of an ion conductive oxide and a transition metal oxide having electrochemical activity and excellent electron conductivity.

가장 대표적인 음극지지체로는 Ni-YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)가 있다. 이 경우 Ni는 금속으로서 연료에 대한 촉매 활성과 전자전도성을 가지며 YSZ는 산화물로서 이온전도성을 가진다.The most representative cathode support is Ni-YSZ (Yttria Stabilized Zirconia). In this case, Ni has a catalytic activity and electron conductivity with respect to fuel as a metal, and YSZ has ion conductivity as an oxide.

좀 더 구체적으로는 음극 지지체를 형성하기 위해 산화물 형태의 NiO와 이온전도성 산화물인 YSZ를 혼합하여 이를 소결하여 복합체를 형성하는데, 단전지 운전 중 환원분위기하에서 실제 연료극 형태인 Ni-YSZ 복합체가 된다.More specifically, in order to form a cathode support, NiO in an oxide form and YSZ, which is an ion conductive oxide, are mixed and sintered to form a composite. The Ni-YSZ composite, which is an actual anode form, is formed under a reducing atmosphere during unit cell operation.

본 발명에서는 기공형성제로서 흑연분말, 카본블랙분말 또는 스테인레스분말을 사용할 수 있다. In the present invention, graphite powder, carbon black powder or stainless powder may be used as the pore forming agent.

상기 전체산화물 100%부피 기준으로 이온전도성 산화물 30~40부피% 상기 전이금속 산화물 60~70부피%를 포함할 수 있으며, 기공형성제는 전체 산화물 100부피% 기준으로 10~20부피%를 포함할 수 있다.The ion conductive oxide 30 to 40% by volume based on 100% by volume of the total oxide may include 60 to 70% by volume of the transition metal oxide, the pore-forming agent may include 10 to 20% by volume based on 100% by volume of the total oxide. Can be.

전이금속 산화물의 함량이 상기한 양보다 적을 시에는 환원 후 전이금속의 연결성이 부족하여 전기전도성이 감소하고, 또 너무 많을시에는 이온전도성 산화물의 연결성이 파괴되어 전이금속의 입성장 및 조대화 현상이 발생한다. 또한 기공형성제의 함량이 상기한 양보다 초과할 시에는 적절한 강도를 유지하기 힘들고, 너무 적을 시에는 낮은 기공율로 인해 가스확산이 감소하게 된다.If the content of the transition metal oxide is less than the above-mentioned amount, the conductivity of the transition metal is insufficient after reduction, so that the electrical conductivity is reduced, and if too much, the connectivity of the ion-conducting oxide is destroyed, resulting in grain growth and coarsening of the transition metal. This happens. In addition, when the content of the pore-forming agent exceeds the above amount, it is difficult to maintain the appropriate strength, when too small, the gas diffusion is reduced due to the low porosity.

상기 이온전도성 산화물 분말의 입자는 0.05~0.1㎛, 상기 전이금속 산화물 분말의 입자는 0.05~2㎛, 바람직하게는 0.1~0.5㎛, 상기 기공형성제는 입자 직경이 1~20㎛ 바람직하게는 5~10㎛일 수 있다. 출발 물질로 사용되는 상기 분말들의 입자크기가 클 경우 소결 이후의 입성장 및 조대화로 인하여 복합체 전체의 기계적, 전기화학적 물성이 나빠지게 된다. 따라서 출발 물질의 입자크기는 작을수록 좋은데, 너무 작아 수 나노 스케일로 간다면 응집에 의해 충진률이 떨어지므로 오히려 과대 입성장 등의 부작용을 초래할 수 있어서 서브마이크론 단위의 입자 크기가 적절하다. 특히 이온전도성 산화물은 전이금속 사이에서 망목구조를 형성하여 지지체의 강도를 부여하고 전이금속의 입성장을 억제하는 역할을 해야 하므로 전이금속 산화물 보다 작은 입자 크기를 가져야만 한다.
Particles of the ion conductive oxide powder is 0.05 ~ 0.1㎛, particles of the transition metal oxide powder is 0.05 ~ 2㎛, preferably 0.1 ~ 0.5㎛, the pore-forming agent has a particle diameter of 1 ~ 20㎛ preferably 5 ˜10 μm. When the particle sizes of the powders used as starting materials are large, the mechanical and electrochemical properties of the entire composite are deteriorated due to grain growth and coarsening after sintering. Therefore, the smaller the particle size of the starting material is, the smaller the particle size of the sub-micron unit is appropriate because the filling rate is reduced by agglomeration if it is too small to go to several nanoscales. In particular, the ion conductive oxide must have a particle size smaller than that of the transition metal oxide because it must form a network structure between the transition metals to impart strength of the support and inhibit grain growth of the transition metal.

상기 혼합물은 당업계에서 알려진 방식을 특별한 제한 없이 이용하여 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 예를 들면 유니버설 밀링 머신 등을 사용할 수 있다.
The mixture is preferably mixed evenly using a method known in the art without particular limitation. For this purpose, for example, a universal milling machine or the like can be used.

가압성형 및 소결단계Press forming and sintering step

상기 단계는 상기 혼합물에 전류에 의하여 발생하는 열을 가하여 가압성형 및 소결하는 단계이다.The step is press molding and sintering by applying heat generated by the current to the mixture.

본 발명은 전류(외부전류)에 의하여 발생하는 열을 이용한다. 구체적으로, 예를 들면 유도 전류(induced current) 또는 펄스 전류(purse current)에 의하여 발생하는 열 및 압력이 가해지는데, 이와 같은 가압성형 및 소결 과정을 통하여 다공성 복합재료인 음극지지체가 형성된다. The present invention utilizes heat generated by current (external current). Specifically, for example, heat and pressure generated by induced current or pulse current are applied, and the cathode support, which is a porous composite material, is formed through the press molding and sintering processes.

가압 성형을 위하여 약 10 내지 1000 ㎫, 바람직하게는 약 10 내지 200 ㎫보다 바람직하게는 약 40 내지 80 ㎫의 압력을 가할 수 있으나, 경우에 따라서는 상압도 가능하다. 압력이 지나치게 낮은 경우에는 샘플 전체로 전류의 통전 어려워 소결의 진행이 곤란할 수 있는 반면, 지나치게 높은 경우에는 압력이 가해지는 표면부분과 샘플 내부의 온도차로 인한 밀도 차이의 문제점도 야기될 수 있으므로, 전술한 압력 범위로 가압하는 것이 바람직하다.A pressure of about 10 to 1000 MPa, preferably about 10 to 200 MPa, and preferably about 40 to 80 MPa may be applied for pressure molding, but in some cases, atmospheric pressure is also possible. If the pressure is too low, it may be difficult to progress the sintering due to difficult current flow through the sample, whereas if the pressure is too high, there may be a problem of density difference due to the temperature difference between the surface portion under pressure and the sample. It is preferable to pressurize to one pressure range.

상기 소결단계는 1000~1200℃에서 5분 이내, 바람직하게는 2분 이내에 수행될 수 있다.The sintering step may be performed within 5 minutes, preferably within 2 minutes at 1000 ~ 1200 ℃.

상술한 바와 같이, 상기 혼합분말은 소결되는데, 소결 과정 동안 이온전도성 산화물과 전이금속 산화물 분말이 각각의 입자뿐만 아니라 서로서로 접합부를 형성하게 된다. 특히 이온전도성 산화물은 망목구조를 형성한다. 기공형성제는 산화되어 다공성의 추가적인 기공을 형성한다. 초경재료의 제조 시에는 1600℃ 이상의 고온에서 소결이 이루어지므로 분말들 사이에서 치밀화가 일어나는 반면에, 본 발명에서는 1000℃~1200℃의 소결온도로 인하여 분말들 간에 접합부만 형성되어 초기 기공이 존재하고 기공형성제의 산화로 추가적인 기공이 존재하게 된다. 따라서 기공형성재의 형상 및 정량을 조절하면 최종 기공의 분포와 분률을 조절할 수 있다. 또한 기공형성제로 사용되는 흑연분말이나 카본블랙분말은 우수한 전기전도체이기 때문에 적은 출력으로도 소결온도를 더 낮출 수 있을 뿐만 아니라 소결체 내의 온도구배를 작게 할 수 있다. 따라서 기존의 초경재료 소결체보다 열응력이 작게 발생한다는 장점이 있다.As described above, the mixed powder is sintered, and during the sintering process, the ion conductive oxide and the transition metal oxide powder form the joints as well as the respective particles. In particular, the ion conductive oxide forms a network structure. Pore formers are oxidized to form additional pores of porosity. When the cemented carbide is manufactured, densification occurs between the powders because sintering is performed at a high temperature of 1600 ° C. or higher, whereas in the present invention, only pores are formed between the powders due to the sintering temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C. The oxidation of the pore former results in the presence of additional pores. Therefore, by adjusting the shape and quantity of the pore-forming material it is possible to control the distribution and fraction of the final pore. In addition, since graphite powder and carbon black powder used as pore-forming agents are excellent electrical conductors, the sintering temperature can be lowered even with a small output and the temperature gradient in the sintered body can be reduced. Therefore, there is an advantage that the thermal stress is smaller than the conventional cemented carbide sintered body.

본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 소결 과정에서 전류에 의하여 발생하는 열을 이용하는데, 유도 전류 또는 펄스 전류에 의하여 발생하는 열을 이용할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the heat generated by the current in the sintering process may be used, and heat generated by the induced current or the pulsed current may be used.

유도 전류를 이용하는 경우, 혼합 분말의 외면에 접하지 않으면서 그 주위를 둘러싸고 있는 외부 코일, 예를 들면, 구리 코일과 같은 도전성 금속 코일에 고주파 유도 전류를 인가하고, 유도 전류에 의하여 발생하는 주울 열을 통하여 혼합 분말을 간접적으로 가열한다. 외부 코일에 인가되는 고주파 유도전류의 주파수는 전형적으로 약 1 내지 100 ㎑ 범위이면 충분하다. 고주파 유도 가열을 이용하는 경우, 유도 전류의 주파수 범위는 고주파 전류의 침투 깊이가 주파수에 의존하기 때문에 소결 대상물 또는 시편의 크기에 따라 적당하게 조절할 수 있다. 예를 들면, 소결 대상물이 클 경우에는 유도 전류의 침투 깊이를 크게 해야 하므로 주파수를 낮추어 주는 것이 바람직하다. In the case of using an induction current, Joule heat generated by the induction current is applied by applying a high frequency induction current to an outer coil, for example, a conductive metal coil such as a copper coil, which surrounds the outer surface of the mixed powder without contacting the outer surface thereof. The mixed powder is indirectly heated through. The frequency of the high frequency induction current applied to the external coil is typically in the range of about 1 to 100 Hz. In the case of using high frequency induction heating, the frequency range of the induced current can be appropriately adjusted according to the size of the sintered object or the specimen because the penetration depth of the high frequency current depends on the frequency. For example, when the sintered object is large, it is preferable to lower the frequency because the penetration depth of the induced current must be increased.

한편, 펄스 전류를 이용하는 경우, 혼합 분말이 수용된 다이 부재에 펄스 전류를 인가하고, 이에 따라 발생하는 주울 열에 의하여 소결에 필요한 열을 공급한다. 펄스 전류의 주기는 약 1㎲ 내지 1㎳ 범위가 바람직한데, 실험 결과 펄스 주기가 짧을수록 갇혀진 가스 방출이 용이하고 소결이 용이하기 때문이다. On the other hand, in the case of using a pulse current, a pulse current is applied to the die member in which the mixed powder is accommodated, and heat required for sintering is supplied by Joule heat generated thereby. The period of the pulse current is preferably in the range of about 1 mA to 1 mA, since the shorter the pulse period, the easier the trapped gas is released and the easier the sintering is.

한편, 소결 과정에서 가열 속도는 바람직하게는 약 100 내지 5000 ℃/min, 보다 바람직하게는 약 100 내지 1000 ℃/min로 설정할 수 있다. 만약 가열속도가 지나치게 낮은 경우에는 소결에 소요되는 시간이 증가함에 따라 결정립이 성장하는 현상이 야기될 수 있는 반면, 지나치게 높은 경우에는 소결 대상물에 열 응력이 발생하는 문제점이 있을 수 있다. 따라서, 전술한 가열 속도 범위가 바람직하다. On the other hand, the heating rate in the sintering process is preferably set to about 100 to 5000 ℃ / min, more preferably about 100 to 1000 ℃ / min. If the heating rate is too low, the grain growth may occur as the time required for sintering increases, while in the case where the heating rate is too high, there may be a problem that thermal stress occurs in the sintering object. Therefore, the above-described heating rate range is preferable.

상기와 같은 유도 전류 가열/가압 소결법 또는 펄스 전류 가열/가압 소결법으로 혼합 분말을 가열하면서 가압성형 및 소결이 진행됨에 따라, 얻어지는 음극지지체는 계속 가해지는 압력에 의하여 수축길이가 감소하고, 더 이상 수축 길이가 실질적으로 변화하지 않게 되면, 유도 전류 또는 펄스 전류를 차단하고 압력을 제거할 수 있다. As the press forming and sintering proceeds while heating the mixed powder by the induction current heating / pressurizing sintering method or the pulse current heating / pressurizing sintering method as described above, the obtained negative electrode support shrinks due to the continuously applied pressure, and further shrinks. If the length does not change substantially, it is possible to cut off the induced current or the pulse current and to relieve the pressure.

상기와 같이 혼합 분말에 압력 및 유도 전류 또는 펄스 전류를 가하는 시점부터 소결 대상물의 수축길이가 더 이상 변화하지 않는 상태에 도달함에 따라 유도 전류 또는 펄스 전류를 차단하고 소결 대상물에 가해진 압력을 제거하는 시점까지는 전형적으로 약 5분 이내, 심지어 약 2분 이내의 짧은 시간이 소요될 수 있다. When the pressure and the induction current or the pulse current is applied to the mixed powder as described above, when the shrinkage length of the sintering object reaches a state that no longer changes, the point of blocking the induction current or the pulse current and removing the pressure applied to the sintering object The journey can typically take a short time, within about 5 minutes, even within about 2 minutes.

이처럼, 본 발명에 따른 구체예에서는 단시간에 이온전도성 산화물과 전이금속 산화물을 소결함으로써 분말의 입자성장을 막을 수 있다. 또한, 고온에서 혼합물 내의 기공형성제가 산화되어 제거됨에 따라 다공성의 복합재료 또는 연료전지용 음극 지지체를 제조할 수 있다.
As such, in the embodiment of the present invention, particle growth of the powder can be prevented by sintering the ion conductive oxide and the transition metal oxide in a short time. In addition, as the pore-forming agent in the mixture is oxidized and removed at a high temperature, a porous composite material or a negative electrode support for a fuel cell may be manufactured.

냉각단계 Cooling stage

상기 단계는 가압성형 및 소결된 생성물에 대한 냉각 단계로서, 당업계에서 알려진 통상의 방법, 예를 들면 공랭식 냉각 방법 등을 이용할 수 있다. 이때, 바람직하게는 상온까지 냉각되며, 냉각 속도는 특별히 한정되는 것은 아니나, 약 100 내지 500 ℃/min이면 적당하다.The step may be a cooling step for the press-molded and sintered products, and may use a conventional method known in the art, for example, an air cooled cooling method and the like. At this time, it is preferably cooled to room temperature, the cooling rate is not particularly limited, it is suitable if it is about 100 to 500 ℃ / min.

상술한 공정에 따라, 다공성 복합재료 또는 이에 의한 연료전지용 음극지지체가 얻어질 수 있는데, 별도의 후처리 공정이 필요하지 않기 때문에 단일 공정만으로도 간편하게 제조할 수 있다.
According to the above process, a porous composite material or a negative electrode support for a fuel cell thereby can be obtained, it can be produced simply by a single process because no separate post-treatment process is required.

본 발명에 따라 제조된 다공성 복합재료, 이에 의한 음극지지체의 결정립 크기는 바람직하게는 약 100~500㎚, 보다 바람직하게는 약 50 내지 100㎚ 범위이며 결정립 입자 사이즈가 균일하다. 또한, 상기 기공율과 기공 크기는 사용된 초기 분말의 입자크기, 기공형성제의 함량 내지 부피%, 가압시간, 온도 압력에 따라 조절될 수 있다. 연료전지용 음극지지체로 사용하기에 적절한 상기 다공성 복합재료는 기공율이 30~40%, 기공크기가 250~500 바람직하게는 290~400㎚, 가장 바람직하게는 290~310㎚인 것이 좋다.
The grain size of the porous composite material produced by the present invention, thereby the negative electrode support, is preferably in the range of about 100 to 500 nm, more preferably in the range of about 50 to 100 nm and the grain size is uniform. In addition, the porosity and pore size may be adjusted according to the particle size of the initial powder used, the content to volume% of the pore-forming agent, the pressurization time, temperature pressure. The porous composite material suitable for use as a negative electrode support for a fuel cell has a porosity of 30 to 40%, a pore size of 250 to 500, preferably 290 to 400 nm, and most preferably 290 to 310 nm.

다른 양상에서 본 발명은 상기에서 제조된 음극지지체를 포함하는 연료전지에 관계한다. 상기 연료전지는 공지된 방법으로 제조할 수 있다. 즉, 예를 들면, 본 발명에 의한 연료전지는 상기 연료극(음극지지체)과, 상기 연료극의 일면에 전자빔 물리기상 증착법, 펄스레이저 증착법, 에어로젤 증착법 등으로 증착된 고체 전해질과, 상기 고체 전해질의 다른 일면에 형성된 공기극으로 구성되는 고체 산화물 연료전지가 될 수 있다.
In another aspect, the present invention relates to a fuel cell comprising the negative electrode support prepared above. The fuel cell can be manufactured by a known method. That is, for example, a fuel cell according to the present invention includes a fuel cell (cathode support), a solid electrolyte deposited on one surface of the fuel electrode by an electron beam physical vapor deposition method, a pulsed laser deposition method, an aerogel deposition method, and the other of the solid electrolyte. It may be a solid oxide fuel cell composed of a cathode formed on one surface.

전술한 바와 같이, 연료전지용 음극지지체는 바람직하게는 유도 전류 가열/가압 소결 장치, 또는 펄스 전류 가열/가압 소결 장치를 사용하여 제조할 수 있다. 바람직하게는, 후술하는 구성을 갖는 장치를 사용할 수 있다.As described above, the negative electrode support for the fuel cell can preferably be manufactured using an induction current heating / pressurizing sintering apparatus or a pulse current heating / pressurizing sintering apparatus. Preferably, the apparatus which has a structure mentioned later can be used.

도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 연료전지용 음극지지체를 제조하기 위하여 사용 가능한 유도전류 가열/가압 소결 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of an induction current heating / pressure sintering apparatus that can be used to manufacture a cathode support for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention.

상기 도면에 따르면, 유도전류 가열/가압 소결 장치(100)는 다이 부재(110)와, 가압 부재(120), 및 유도 전류 발생 부재(130)를 포함한다.According to the drawing, the induction current heating / pressurizing sintering apparatus 100 includes a die member 110, a pressing member 120, and an induction current generating member 130.

상기 다이 부재(110)는 혼합 분말(이온전도성 산화물, 전이금속 산화물 및 기공형성제 분말의 혼합물)을 수납하기 위한 것으로, 바람직하게는 흑연 재질로 구성할 수 있다. 또한, 다이 부재(110)의 내부에는 관통공이 형성되어 있고, 상기 관통공 내부 공간의 중앙 부위에 혼합 분말이 수납되는 방식으로 구성된다. 이때, 혼합 분말이 충진되는 관통공 내부 공간의 진공도는 약 0.01 내지 1 Torr 범위로 유지하는 것이 바람직하다.The die member 110 is for accommodating a mixed powder (a mixture of an ion conductive oxide, a transition metal oxide, and a pore forming agent powder), and preferably may be made of graphite material. In addition, a through hole is formed in the die member 110, and the mixed powder is accommodated in a central portion of the inner space of the through hole. At this time, the vacuum degree of the space inside the through hole filled with the mixed powder is preferably maintained in the range of about 0.01 to 1 Torr.

상기 가압 부재(120)는 상기 관통공 내부에 위치하는 혼합 분말에 외부 압력 발생 장치로부터 전달되는 압력을 가하는 역할을 하는데, 각각 관통공의 상부 및 하부에 삽입 형성되어 일축 압력(uniaxial pressure)을 가하게 된다. 이와 같이, 가압 부재(120)로부터 가해진 압력으로 인하여 소결 대상물이 치밀화될 수 있다. 또한, 치밀화 정도의 지표에 상당하는 소결대상물의 수축길이 변화를 측정하기 위하여, 상기 관통공과 가압 부재(120)가 이어지는 가동부분에 선형변위 차동변압기(LVDT)가 부착될 수 있다. 이때, 가압 부재(120)를 통하여 약 10 내지 1000 ㎫의 압력을 가하는 것이 바람직하다.The pressing member 120 serves to apply pressure transmitted from an external pressure generating device to the mixed powder located inside the through hole, and are respectively inserted into the upper and lower portions of the through hole to apply uniaxial pressure. do. As such, the sintered object may be densified due to the pressure applied from the pressing member 120. In addition, in order to measure the change in shrinkage length of the sintered object corresponding to the index of the degree of densification, a linear displacement differential transformer (LVDT) may be attached to the movable portion where the through hole and the pressing member 120 are connected. At this time, it is preferable to apply a pressure of about 10 to 1000 MPa through the pressing member 120.

한편, 유도 전류 발생 부재(130)는 다이 부재(110)의 주변에 이격 배치되도록 구성되며, 유도 전류를 발생시키는 기능을 한다. 유도 전류 발생 부재(130)는 고주파 전류 코일로 이루어지며, 이에 가해진 전류로부터 발생하는 유도 전류에 의하여 다이 부재(110) 및 소결 대상물(혼합 분말)에 간접적으로 열이 가해짐으로써 가압 하에서의 소결이 행하여진다. 이때, 약 1 내지 100 ㎑ 범위의 주파수를 갖는 유도 전류를 외부(유도) 코일에 흘려주는 것이 바람직하며, 유도전류에 의한 가열 속도는 약 100 내지 5000 ℃/min가 바람직하다.On the other hand, the induction current generating member 130 is configured to be spaced apart around the die member 110, and serves to generate an induction current. The induction current generating member 130 is made of a high frequency current coil, and indirect heat is applied to the die member 110 and the sintering object (mixed powder) by the induction current generated from the applied current, thereby sintering under pressure. Lose. At this time, it is preferable to flow an induction current having a frequency in the range of about 1 to 100 kHz to an external (induction) coil, and the heating rate by the induction current is preferably about 100 to 5000 ° C / min.

도 2는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 연료전지용 음극지지체를 제조하기 위하여 사용 가능한 펄스전류 가열/가압 소결 장치의 다이 어셈블리를 개략적으로 도시하는 도면이다.2 is a schematic illustration of a die assembly of a pulsed current heating / pressurizing sintering apparatus usable for producing a cathode support for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention.

일반적으로, 펄스전류 가열/가압 소결 장치는 수냉식 진공 챔버, 다이 어셈블리, 펄스전류 공급 부재, 가압 부재, 진공 부재, 냉각 부재, 그리고 각종 제어 및 측정 부재를 포함한다. 상기 수냉식 진공 챔버는 가압성형 및 소결 과정의 분위기 조절을 위한 용기(예를 들면, 스테인리스 재질)로서, 내부감시를 위한 투시창 및 다이 어셈블리의 장착을 위한 도어를 구비하는 이중용기가 구비될 수 있으며, 그 내부로 냉각수가 흐르도록 구성된다.In general, the pulse current heating / pressurizing sintering apparatus includes a water-cooled vacuum chamber, a die assembly, a pulse current supply member, a pressing member, a vacuum member, a cooling member, and various control and measurement members. The water-cooled vacuum chamber is a container (for example, stainless steel) for controlling the atmosphere of the press molding and sintering process, and may be provided with a double container having a viewing window for internal monitoring and a door for mounting the die assembly. It is configured to flow the coolant therein.

상기 도면을 참조하면, 펄스전류 가열/가압 소결 장치의 다이 어셈블리(200)는, 예를 들면 고순도 흑연 재질의 상하 펀치(210), 원통 다이(220) 및 알루미나와 같은 절연재질의 상하 가압블록(230)을 포함한다. 이때, 혼합 분말은 상하 펀치(210)와 원통 다이(220)에 의하여 형성되는 내부 공간에 충진되는데, 이때 내부 공간의 진공도는 약 0.01 내지 1 Torr로 유지할 수 있는 바, 사용 재료에 따라서는 대기압에서도 가능하다. 펄스 전류 공급 부재(300)는 컨트롤 스위치(310)의 조작에 의하여 소결 대상물에 펄스 전류를 공급하며, 가압장치(도시되지 않음)는 가압블록(230)을 통하여 다이 어셈블리(200)의 상하 펀치(210)에 일축 압력을 가하는데, 그 유압실린더의 가동부분에는 소결 대상물의 길이 변화를 측정하는 선형변위 차동변압기(LVDT)가 부착된다. Referring to the drawings, the die assembly 200 of the pulse current heating / pressure sintering apparatus is, for example, a vertical punch 210, a cylindrical die 220 and a vertical pressure block of insulating material such as alumina (high purity graphite material) 230). At this time, the mixed powder is filled in the inner space formed by the upper and lower punches 210 and the cylindrical die 220, the vacuum of the inner space can be maintained at about 0.01 to 1 Torr, even at atmospheric pressure depending on the material used It is possible. The pulse current supply member 300 supplies a pulse current to the sintered object by the operation of the control switch 310, the pressing device (not shown) is the upper and lower punch of the die assembly 200 through the pressing block 230 ( A uniaxial pressure is applied to 210, and a linear displacement differential transformer LVDT is attached to the movable portion of the hydraulic cylinder to measure the change in length of the sintered object.

상하 펀치(210)를 통하여 가해지는 압력은 소결 대상물을 충분히 치밀화시킬 수 있을 정도가 되도록 실험적으로 결정될 수 있는데, 약 10 내지 1000 ㎫ 범위가 바람직하다. 펄스 전류는 가압성형 후 소결이 진행되는 동안 혼합 분말의 치밀화가 이루어질 때까지 인가되고 유지되는데, 이때 펄스 주기는 약 1㎲ 내지 1㎳ 범위가 적당하다. 또한, 펄스 전류에 의한 가열속도는 약 100 내지 5000 ℃/min로 조절하는 것이 바람직하다. 이외에도, 진공 부재 및 냉각 부재로서 각각 통상적인 로터리 펌프 및 냉각수 펌프가 이용될 수 있으며, 제어 및 측정 부재는 압력, 전류 등의 공정 인자를 제어하고, 공정 진행 중 각종 데이터를 측정한다.The pressure applied through the upper and lower punches 210 may be determined experimentally to the extent that the sintered object can be sufficiently densified, preferably in the range of about 10 to 1000 MPa. The pulse current is applied and maintained until the densification of the mixed powder is made during sintering after press molding, where the pulse period is suitably in the range of about 1 ms to 1 ms. In addition, the heating rate by the pulse current is preferably adjusted to about 100 to 5000 ℃ / min. In addition, conventional rotary pumps and cooling water pumps may be used as the vacuum member and the cooling member, respectively, and the control and measurement member controls process factors such as pressure and current, and measures various data during the process.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이지 하기의 실시예로 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
The following examples are provided to aid the understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention to the following examples.

실시예Example 1 One

전체 혼합분말 24g을 기준으로 YSZ 분말(일본 Tosoh사, 평균입경 0.1㎛) 6.2g, NiO 분말(일본 F.P사, 평균 입경 0.5㎛) 18g, 흑연분말(한국 그랜드 씨엔엠, 평균입경 5㎛) 0.6g을 혼합하고, 이들 혼합 분말 중 4.5g을 추출하여 도 1에 도시된 다이 부재(110)의 흑연 다이(외경 45㎜; 내경 20㎜; 높이 40 ㎜)에 충진한 후, 40 ㎫의 일축 압력을 각각 가해주고 0.04 Torr의 진공분위기를 만들어주었다.YSZ powder (Tosoh, Japan, average particle diameter: 0.1㎛) 6.2g, NiO powder (Japan FP, average particle diameter: 0.5㎛) 18g, graphite powder (Grand CN, average particle diameter: 5㎛) 0.6g g were mixed, 4.5 g of these mixed powders were extracted and filled into a graphite die (outer diameter 45 mm; inner diameter 20 mm; height 40 mm) of the die member 110 shown in Fig. 1, followed by a uniaxial pressure of 40 MPa. Were added and a vacuum atmosphere of 0.04 Torr was made.

40㎫의 압력이 지속적으로 가해진 상태에서 외부 코일, 즉 도 1에 도시된 유도 전류 발생 부재(130)에 14.4㎾의 전류를 인가하여 고주파 유도전류 가열/가압 소결을 시작하였다. 이때, 유도전류 가열에 의하여 발생한 주울 열에 의한 가열속도는 500 ℃/min이 되도록 하였다. 이때, 흑연 다이 표면의 온도는 광 온도계(pyrometer)로 측정하였다.A high frequency induction current heating / pressurization sintering was started by applying a current of 14.4 mA to the external coil, that is, the induction current generating member 130 shown in FIG. At this time, the heating rate by Joule heat generated by the induction current heating was to be 500 ℃ / min. At this time, the temperature of the graphite die surface was measured by an optical thermometer (pyrometer).

가압성형 및 소결이 진행되는 동안 시편의 수축길이 변화를 선형변위 차동변압기(LVDT)로 관찰하여 길이 변화가 없이 안정화되는 시점에서 유도전류 및 압력을 제거하였으며(이때의 온도가 1100℃, 시간은 약 80초 경과), 그 다음 상온으로 냉각하여 다공성 복합재료를 수득하였다.
The change in shrinkage length of the specimen during press molding and sintering was observed with a linear displacement differential transformer (LVDT) to remove the induced current and pressure at the point of stabilization without changing the length (at this time, the temperature was 1100 ℃ and the time was about 80 seconds), and then cooled to room temperature to obtain a porous composite material.

실시예Example 2 2

실시예 1에서 60㎫의 일축 압력을 각각 가해주는 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
In Example 1, it carried out similarly except applying each uniaxial pressure of 60 Mpa.

실시예Example 3 3

실시예 1에서 80㎫의 일축 압력을 각각 가해주는 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
In Example 1, it implemented similarly except applying each uniaxial pressure of 80 Mpa.

비교예Comparative example 1 One

전체 혼합분말 24g을 기준으로 YSZ 분말(일본 Tosoh사, 평균입경 0.1㎛) 6.2g, NiO 분말(일본 F.P사, 평균 입경 0.5㎛) 18g, 흑연분말(한국 그랜드 씨엔엠, 평균입경 5㎛) 0.6g을 혼합하고, 이들 혼합 분말 중 4.5g을 추출하여 일축성형을 한 후 소결로에 넣어 1400℃에서 12시간 동안 유지시켰다. 그 다음, 상온으로 냉각하여 복합재료를 수득하였다.YSZ powder (Tosoh, Japan, average particle diameter: 0.1㎛) 6.2g, NiO powder (Japan FP, average particle diameter: 0.5㎛) 18g, graphite powder (Grand CN, average particle diameter: 5㎛) 0.6g g was mixed, and 4.5 g of the mixed powder was extracted, uniaxially formed, and then placed in a sintering furnace and maintained at 1400 ° C. for 12 hours. Then, cooled to room temperature to obtain a composite material.

실시예 1 내지 3의 고주파 유도전류 가열/가압 소결하는 과정에서의 온도 및 수축길이 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. Temperature and shrinkage length changes during the high frequency induction current heating / pressurizing sintering of Examples 1 to 3 were measured, and the results are shown in FIG. 3.

또한, 실시예 1과 비교예 1에서 수득한 복합재료(소결체)의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진을 도 4에 나타내었다.In addition, scanning electron microscopy (SEM) photographs of the composite material (sintered body) obtained in Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 4.

실시예 1과 비교예 1에 수득한 복합재료(소결체)의 기공분포도와 3꺽임 강도를 각각 비교하여 도 5 및 6에 나타내었다.5 and 6 show the pore distribution and the three-fold strength of the composite material (sintered body) obtained in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.

상기 도 3은 고주파 유도전류 가열/가압 소결 중 가열시간에 따른 온도변화 및 수축변위 변화를 나타내고 있다. 상기 도면으로부터, 고주파 유도전류 가열/가압 소결법을 이용하면 소결이 시작된 후 80초가 지나면 수축이 거의 완료됨을 알 수 있다. 이때의 소결온도는 1100℃로서 비교예 1보다 300℃나 낮으며, 소결 시간은 80초로서 비교예 1의 12시간에 비해 상당히 짧음을 확인할 수 있다.
3 illustrates a change in temperature and shrinkage displacement according to heating time during high frequency induction current heating / pressurizing sintering. From the figure, it can be seen that by using the high frequency induction current heating / pressure sintering method, the shrinkage is almost completed 80 seconds after the sintering is started. At this time, the sintering temperature was 1100 ° C, 300 ° C lower than that of Comparative Example 1, and the sintering time was 80 seconds, which is considerably shorter than that of 12 hours of Comparative Example 1.

도 4에 있어서, (a), (b), (c)는 각각 실시예 1의 NiO-YSZ 소결체, Ni-YSZ 환원체, Ni가 제거된 YSZ의 미세구조를 나타내고, (d), (e), (f)는 각각 비교예 1의 NiO-YSZ 소결체, Ni-YSZ 환원체, Ni가 제거된 YSZ의 미세구조를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 실시예 1의 소결체와 환원체의 입자크기가 비교예 1에 비해 작고, 그 분포도 균일하게 형성되어 있다. 또한, 기공분포 역시도 균일하게 형성되고 기공율도 큼을 확인할 수 있다. 이는 짧은 시간 동안 가열/가압 소결하여 결정립의 입자 성장을 억제하여 초기 출발 분말의 입자크기와 거의 유사하고 비교예 1보다 현저히 낮은 크기의(100~500nm) 복합재료를 얻을 수 있고, 더 나아가 균일하게 혼합되어 있던 흑연분말의 산화로 생긴 기공이 그대로 유지되어 다공성의 복합재료를 제조할 수 있음을 보여준다.In Fig. 4, (a), (b) and (c) show the microstructures of the NiO-YSZ sintered body, the Ni-YSZ reducing body, and the YSZ from which Ni was removed, respectively, in Example 1, (d) and (e ) and (f) respectively represent the microstructures of the NiO-YSZ sintered compact, the Ni-YSZ reduced body, and the YSZ from which Ni was removed. 4, the particle size of the sintered compact and the reduced body of Example 1 is smaller than that of Comparative Example 1, and its distribution is uniformly formed. In addition, the pore distribution is also uniformly formed, it can be confirmed that the porosity is large. This suppresses the grain growth of the crystal grains by heating / pressurizing for a short time, thereby obtaining a composite material (100-500 nm) which is almost similar to the particle size of the initial starting powder and significantly lower than that of Comparative Example 1, and is evenly uniform. The pores resulting from the oxidation of the mixed graphite powder are maintained as it is to show that the porous composite material can be produced.

도 5를 참고하면, 비교예 1의 경우 650 nm의 기공크기를 나타내는 반면에 실시예 1에서는 절반 수준인 350 nm의 기공크기를 나타내고 있다. Referring to FIG. 5, Comparative Example 1 shows a pore size of 650 nm while Example 1 shows a pore size of 350 nm, which is half the level.

도 6을 참고하면, 비교예 1의 경우 평균 170 MPa의 강도를 나타내는 반면에 실시예 1은 재료는 평균 190 MPa의 강도를 나타내고 있다. 실시예 1에 의해 제조한 경우 연료극 내에서 지지체 역할을 하는 이온전도성 산화물의 네트워크가 잘 형성되어 있기 때문이다.
Referring to FIG. 6, Comparative Example 1 exhibited an average strength of 170 MPa while Example 1 exhibited an average strength of 190 MPa. It is because the network of the ion conductive oxide which functions as a support body in an anode in the case of manufacture by Example 1 is formed well.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 나노구조의 금속탄화물-금속 초경재료의 제조방법은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 포함함을 알 수 있을 것이다.
The method for producing a metal carbide-metal carbide material having a nanostructure according to the present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims. It will be appreciated that anyone with ordinary knowledge in the art can include various changes and implementations.

100: 유도전류 가열/가압 소결 장치 110: 다이 부재
120: 가압 부재 130: 유도 전류 발생 부재
200: 다이 어셈블리 210: 펀치
220: 원통 다이 230: 가압블록
300: 펄스전류 공급 부재 310: 컨트롤 스위치
100: induction current heating / pressure sintering apparatus 110: die member
120: pressing member 130: induction current generating member
200: die assembly 210: punch
220: cylindrical die 230: pressure block
300: pulse current supply member 310: control switch

Claims (16)

a) 이온전도성 산화물, 전이금속 산화물 및 기공형성제를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계;
b) 상기 a)단계의 혼합분말에 유도전류 또는 펄스 전류에 의하여 발생하는 열을 가하여 가압성형 및 소결하는 단계; 및
c) 상기 가압성형 및 소결된 생성물을 냉각하는 단계를 포함하되,
상기 혼합 분말은 상기 전체산화물 100%부피 기준으로 상기 이온전도성 산화물 30~40부피%, 상기 전이금속 산화물 60~70부피%를 포함하고, 상기 기공형성제는 전체 산화물 100부피% 기준으로 10~20부피%이고, 상기 소결단계는 1000~1200℃에서 5분 이내에 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.
a) preparing a mixed powder by mixing an ion conductive oxide, a transition metal oxide and a pore forming agent;
b) press molding and sintering by applying heat generated by an induced current or a pulse current to the mixed powder of step a); And
c) cooling the press-formed and sintered product,
The mixed powder includes 30-40% by volume of the ion conductive oxide and 60-70% by volume of the transition metal oxide, based on 100% by volume of the total oxide, and the pore-forming agent is 10-20 based on 100% by volume of the total oxide. Volume%, the sintering step is a method for producing a negative electrode support for a fuel cell, characterized in that performed within 5 minutes at 1000 ~ 1200 ℃.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 가압성형은 10~80MPa 범위로 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the pressing is performed in the range of 10 to 80 MPa. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 유도 전류는 1 내지 100 ㎑의 주파수를 갖는 유도 전류인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the induced current is a method of manufacturing a negative electrode support for a fuel cell, characterized in that the induced current having a frequency of 1 to 100 kHz. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 펄스 전류는 주기가 1㎲ 내지 1㎳인 펄스 전류인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of manufacturing a negative electrode support for a fuel cell according to claim 1, wherein the pulse current is a pulse current having a period of 1 mA to 1 mA. 제1항에 있어서, 상기 전류에 의하여 발생하는 열의 가열 속도는 100 내지 5000℃/분인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the heating rate of the heat generated by the current is 100 to 5000 ℃ / min. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 이온전도성 산화물은 도핑이 된 지르코니아, 세리아, 페로브스카이트계 산화물 및 이들의 복합체 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ion conductive oxide is any one selected from doped zirconia, ceria, perovskite-based oxide and a composite thereof. 제 1항에 있어서, 상기 전이금속 산화물은 Ni, Cu 또는 Ru인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the transition metal oxide is Ni, Cu, or Ru. 제 1항에 있어서, 상기 기공형성제는 흑연분말, 카본블랙분말 또는 스테인레스분말이고, 크기가 5~10㎛인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the pore-forming agent is graphite powder, carbon black powder or stainless powder, and has a size of 5 to 10 µm. 제 1항에 있어서, 상기 전이금속 산화물의 입자 크기가 0.1~0.5㎛, 상기 이온전도성 산화물의 입자 크기가 0.05~0.1㎛인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the particle size of the transition metal oxide is 0.1 ~ 0.5㎛, the particle size of the ion conductive oxide is 0.05 ~ 0.1㎛ manufacturing method of a negative electrode support for a fuel cell. 제1항에 있어서, 상기 단계 c)는 상기 가압성형 및 소결된 생성물을 상온으로 냉각하는 것임을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the step c) is to cool the press-molded and sintered product to room temperature. 제1항, 제3항, 제5항, 제7항, 제8항 및 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 의해 제조된 연료전지용 음극지지체로서, 상기 음극지지체는 결정립의 크기가 100~500㎚범위인 것을 특징으로 하는 연료전지용 음극지지체.

15. A cathode support for a fuel cell prepared by any one of claims 1, 3, 5, 7, 8, and 10-14, wherein the cathode support has a grain size of 100. A cathode support for a fuel cell, characterized in that in the range of ~ 500nm.

삭제delete
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