KR101229075B1 - 용융탄산염 연료 전지용 스택 및 용융탄산염 연료 전지용분리판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융탄산염 연료 전지용 스택 및 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 스택은 서로 대향하여 위치하는 양극 및 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하며, 상기 양극 및 음극과 접하는 활성 영역 및 상기 양극 및 음극과 접하지 않는 비활성 영역을 포함하는, 용융탄산염 전해질을 포함하는 전해질 막을 포함하는 막-전극 어셈블리 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하여, 상기 비활성 영역과 접하여 액상 용융부를 형성하는 분리판을 포함하고, 상기 비활성 영역과 접하여 형성되는 액상 용융부는 상기 분리판과 접하게 형성된 아연 코팅층 및 이 아연 코팅층에 형성된 알루미늄 코팅층을 포함한다.
본 발명은 용융탄산염 연료 전지용 분리판 액상 밀봉부에 하층은 아연 코팅층을, 또한 상층은 알루미늄 코팅층을 형성한 이층 코팅층을 형성하여, 650℃ 이하의 공기분위기에서 열처리를 실시하여도 안정하고 품질특성이 우수한 코팅막을 형성시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 기존의 방법에 비하여 공정이 간단하고, 열처리 온도가 낮기 때문에 에너지사용이 절감되는 등의 경제성 효과가 있다. 그리고 분리판의 열적변형을 방지할 수 있는 표면처리 방법이기 때문에 분리판의 품질특성을 증가시키는 효과도 있다.
용융탄산염연료전지,분리판,액상밀봉부,이층코팅
Description
도 1은 용융탄산염 연료 전지의 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명은 용융탄산염 연료 전지용 스택 및 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수명 특성이 우수한 연료 전지용 스택 및 간단한 공정으로 열적 변형 특성을 개선한 분리판을 제조할 수 있는 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법에 관한 것이다.
용융탄산염 연료 전지(molten carbonate fuel cell)는 산소와 수소가스를 이용하여 전기를 발생하는 발전장치의 하나로서, 650℃의 고온에서 작동되므로, 비싼 촉매를 사용하지 않고도 전기화학 반응을 가속화시킬 수 있고, 고온의 폐열을 이용할 수 있으며, 또한 연료로는 수소 외에 일산화탄소, 메탄 등을 사용할 수 있어 연료의 전처리 공정이 보다 간편하고, 단위 전지의 전압도 높아 발전 효율면에서 매우 우수한 전지이다.
이러한 용융탄산염 연료 전지 시스템의 기본적인 구성은 양극, 음극, 분리판(separator) 및 전해질 막으로 이루어져 있다. 여러 개의 단위전지가 적층되는 스택의 경우, 각 단위전지는 분리판에 의하여 구분된다.
상기 전해질 막은 일반적으로 연료 전지의 작동 온도인 650℃에서 용융 상태로 존재하는 용융탄산염 전해질을 포함하는 매트릭스 타입의 막으로 구성된다. 이러한 전해질 막은 탄산이온의 이동경로를 제공하는 것이 주된 목적이다. 음극측에서 발생한 탄산이온은 전해질 막을 통하여 양극측으로 이동하고, 여기서 수소가스와 만나 물과 전자를 발생하게 된다. 즉, 양극과 음극에서는 다음과 같은 전기화학 반응에 의하여 전기를 발생시킨다.
양극: H2 + CO3 2- → H2O + CO2 + 2e-
음극: 1/2O2 + CO2 + 2e- → CO3 2-
전체 반응: H2 + 1/2O2 → H2O
상기 용융 탄산염 전해질은 일반적으로 Li2CO3와 K2CO3의 혼합물을 포함한다.
상기 전해질 막은 반응 가스들이 전지내부에서 혼합되지 않도록 하며, 또한 전지 외부로의 가스 누출을 방지하는 액상 밀봉부(wet-seal)로서의 역할도 하게 된다.
상기 액상 밀봉부란 양극 및 음극과는 접하지 않고, 분리판과 전해질 막만 접하게 되는 부분을 말한다. 따라서, 분리판에서 액상 밀봉부에 해당되는 부분은 650℃의 용융탄산염과 직접 접촉하게 되고, 이와 같이 고온의 용융탄산염과 분리판이 직접 접촉하므로 고온부식이 발생하여 재료가 빠르게 부식되는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 분리판의 액상 밀봉부에 내식성을 증가시킬 수 있는 물질을 코팅하여 사용하였다.
상기 내식성을 증가시킬 수 있는 물질로는 용융 밀봉부의 재료는 낮은 부식속도, 높은 용융점, 절연성 및 비용해성 등을 만족시키는 리튬-알루미네이트(LiAlO2)가 바람직하나, 리튬-알루미네이트 재료자체를 분리판에 직접 적용하기 어렵기 때문에 일반적으로 알루미늄을 사용하여 리튬-알루미네이트 피막을 형성하고 있다. 즉, 코팅층의 알루미늄 성분이 용융탄산염과 화학반응을 야기하여, 표면에 리튬-알루미네이트 보호 피막이 형성된다.
또한 알루미늄을 코팅한 후, 질소나 수소분위기의 비산화성 분위기에서 열처리를 실시하며 700℃에서 900℃의 별도의 열처리를 함으로서 순수 알루미늄 코팅층을 알루미나아드층으로 전환시킨다. 알루미나아드란 Al3Fe, Al5Fe2, Al2Fe, AlFe, AlFe3 등 고온의 용융점을 가지는 다양한 금속간화합물을 말하며, 열처리 온도 및 시간에 따라 다양한 상을 얻을 수 있다.
이와 같이, 종래의 방법은 높은 온도에서 별도의 열처리를 함으로서 분리판의 열변형이 생기기 쉽고, 또한 높은 온도 열처리로 인한 에너지 소모가 크므로 경제적이지 못하며, 일반 공기 분위기에서는 알루미나아드층을 형성하는 것이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 수명 특성이 개선된 용융탄산염 연료 전지용 스택을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단하고 경제적인 공정으로 열적 변형을 방지할 수 있는 분리판을 제조할 수 있는 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 대향하여 위치하는 양극 및 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하며, 상기 양극 및 음극과 접하는 활성 영역 및 상기 양극 및 음극과 접하지 않는 비활성 영역을 포함하는, 용융탄산염 전해질을 포함하는 전해질 막을 포함하는 막-전극 어셈블리 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하여, 상기 비활성 영역과 접하여 액상 용융부를 형성하는 분리판을 적어도 하나 포함하고, 상기 비활성 영역과 접하여 형성되는 액상 용융부는 상기 분리판과 접하게 형성된 아연 코팅층 및 이 아연 코팅층에 형성된 알루미늄 코팅층을 포함하는 것인 용융탄산염 연료 전지용 스택을 제공한다.
이때, 상기 아연 코팅층은 0.5 내지 2㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 양말단에 아연을 코팅하여 아연 코팅층을 형성하고 상기 아연 코팅층에 알루미늄을 코팅하여 알루미늄 코팅층을 형성하고 상기 아연 코팅층 및 알루미늄 코팅층이 형성된 분리판을 공기 분위기 하에서 열처리하는 공정을 포함하는 것인 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 열처리 공정은 450 내지 650℃에서 실시하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 용융탄산염 연료 전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부에 아연 코팅층 및 알루미늄 코팅층의 이중층 구조의 코팅층을 650℃ 정도의 낮은 온도의 일반 공기 분위기에서 열처리를 하여 형성하여, 공정의 간소함, 에너지 절감, 및 분리판의 열적변형을 방지할 수 있다.
이러한 이중층이 형성된 분리판을 포함하는 본 발명의 용융탄산염 연료 전지용 스택은 막-전극 어셈블리 및 분리판을 적어도 하나 포함한다. 도 1에 막-전극 어셈블리(10) 및 분리판(5,6)을 하나 포함하는 스택의 일 예를 개략적으로 나타내었다.
상기 막-전극 어셈블리(10)는 서로 대향하여 위치하는 양극(2) 및 음극(3)을 포함하고, 상기 양극(2) 및 음극(3) 사이에 위치하며, 양극(2) 및 음극(3)과 접하는 활성 영역 및 상기 양극 및 음극과 접하지 않는 비활성 영역을 포함하는, 용융탄산염 전해질을 포함하는 전해질 막(1)을 포함한다.
또한, 상기 분리판(5, 6)은 상기 막-전극 어셈블리(10)의 양면에 위치하여, 상기 비활성 영역과 접하여 액상 용융부(9)를 형성하며, 상기 비활성 영역과 접하여 형성되는 액상 용융부(9)는 상기 분리판(5,6)과 접하게 형성된 아연 코팅층(20) 및 이 아연 코팅층(20)에 형성된 알루미늄 코팅층(22)을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 아연 코팅층은 0.5 내지 2㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 아연 코팅층의 두께가 0.5㎛ 미만이면 계면에서 아연 코팅층을 사용함에 따른 효과 즉, 아연 코팅층이 분리판과 알루미늄 코팅층 사이 접합을 견고하게 해주는 효과가 미미하며, 2㎛를 초과하는 경우에는 알루미늄 코팅층과 반응하여 내식성이 떨어지는 Al-Zn 합금층을 형성할 수 있어서, 오히려 내식성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다. 즉, 아연 코팅층은 열처리 공정에서 용융되어, 알루미늄 코팅층과 분리판을 잘 밀착시키기 충분한 정도의 두께를 갖으면 된다.
상기 알루미늄 코팅층은 20 내지 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 20 내지 40㎛의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 알루미늄 코팅층이 상기 범위내의 두께를 갖는 것이 적절한 수명을 유지할 수 있어서 바람직하다. 알루미늄 코팅층의 두께가 약 20㎛인 경우, 추후 열처리시 알루미늄 코팅층이 전환되어 형성되는 알루미나아드층의 두께가 약 30㎛정도가 될 수 있다. 상기 알루미나아드층은 열처리 과정 또는 연료 전지 작동중에 분리판의 Fe 성분과 알루미늄 코팅층의 Al 성분의 상하확산작용에 의하여 형성되며, 본 발명에서는 분리판과 알루미늄 코팅층 사이에 아연 코팅층이 존재하므로, 상기 알루미나아드층에 아연이 미량 존재할 수도 있다. 또한 아연 코팅층이 매우 얇은 두께로 존재하므로, 분리판의 Fe 성분과 알루미늄 코팅층의 Al 성분의 상하확산작용을 저해하지는 않으므로 알루미나아드층 형성에 악영향을 미치지는 않는다.
상기 양극 및 음극은 각각 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 촉매층을 포함한다.
상기 촉매층은 반응 촉매를 포함하며, 이 반응 촉매로는 일반적으로 용융탄산염 연료 전지에서 일반적으로 사용하는 것은 어떠한 것도 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로 양극 촉매층은 산화니켈과 같은 촉매를 포함하며, 음극 촉매층은 니켈-크롬 또는 니켈-알루미늄-구리 촉매를 포함할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 전극 기재는 전기를 집적하고, 반응 가스를 촉매층에 전달하는 역할을 하는 것으로서, 양극에는 스테인레스 스틸 316L이 대표적으로 사용되며, 음극에는 인코넬이 대표적으로 사용될 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 분리판으로는 스테인레스 스틸 316L 또는 310L이 대표적으로 사용될 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전해질 막은 리튬 알루미네이트(LiAlO2) 등으로 이루어진 매트릭스와 용융탄산염을 포함한다. 이때, 용융탄산염으로는 리튬 카보네이트(Li2CO3) 및 포타슘 카보네이트(K2CO3)의 혼합물이 대표적으로 사용되고 있으며, 이들의 혼합 비율은 몰비로 60 : 40 내지 70 : 30이 적당하다.
이와 같이 이중층이 액상 밀봉부에 형성된 본 발명의 분리판은 다음과 같은 공정으로 제조된다.
먼저, 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 양말단에 아연을 코팅하여 아연 코팅층을 형성한다. 상기 양말단이란, 분리판에서 고분자 전해질 막과 직접 접하는 영역을 말하며, 즉 고분자 전해질 막이 양극 및 음극과는 접하지 않고, 분리판과 직접 접하는 비활성 영역으로, 액상 밀봉부를 형성하는 부분을 말한다.
상기 코팅 방법은 전기도금법, 용융도금법, 용사법, 진공증착법, 슬러리 페인팅(Slurry painting), 스크린 프린팅(Screen printing)법 등을 실시할 수 있으나, 액상 코팅법이 바람직하다. 특히, 스크린 프린팅법으로 실시하는 것이 원하는 구성의 코팅층을 얻기가 용이하므로 가장 바람직하다.
스크린 프린팅으로 코팅 공정을 실시하는 경우 아연 함유 조성물을 이용하여, 상기 아연 함유 조성물은 아연 및 용매를 포함한다. 이때, 용매로는 α-터피네올(Terpineol) 및 유기 티타네이트를 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기 티타네이트로는 Dupont사에서 시판되는 수용성 TYZOR(테트라-n-부틸 티타네이트, CAS: 5593-70-4)을 일반적으로 사용할 수 있다.
상기 아연 함유 조성물은 스크린 프린팅성을 증가시키기 위하여 유기 바인더를 더욱 포함한다. 이러한 유기 바인더로는 터피네올-계열 비히클(Terpineol-base vehicle)을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 유기 바인더의 사용량은 상기 아연 함유 조성물 100 중량부에 대하여 15 내지 30 중량부를 사용할 수 있다.
상기 아연 코팅층에 알루미늄을 코팅하여 알루미늄 코팅층을 형성한다. 이때 코팅 방법은 아연 코팅층 형성 방법과 동일하게, 전기도금법, 용융도금법, 용사법, 진공증착법, 슬러리 페인팅(Slurry painting), 스크린 프린팅(Screen printing)법 등을 실시할 수 있으나, 액상 코팅법이 바람직하다. 특히, 스크린 프린팅법으로 실시하는 것이 원하는 구성의 코팅층을 얻기가 용이하므로 가장 바람직 하다.
스크린 프린팅으로 코팅 공정을 실시하는 경우에는 알루미늄 함유 조성물을 이용하며, 상기 알루미늄 함유 조성물은 알루미늄, 유기바인더 및 용매를 포함한다. 이때 유기바인더는 터피네올-계열 비히클을 사용할 수 있고, 용매로는 α-터피네올을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 상기 아연 코팅층 및 알루미늄 코팅층이 형성된 분리판을 공기 분위기 하에서 열처리한다.
상기 열처리 공정에 따라 알루미늄 코팅층이 연료 전지가 일반적으로 작동되는 650℃의 분위기 온도에서 내구성을 유지할 수 있게 된다. 즉, 열처리를 실시하지 않으면, 알루미늄의 용융온도가 약 660℃로 낮기 때문에, 용융탄산염 연료 전지 가동 중에 알루미늄 코팅층의 일부가 녹을 수 있으며, 알루미늄 코팅층이 녹아서 없어지면 내식능력을 부분적으로 잃게 되어 바람직하지 않게 된다.
상기 열처리 공정은 450 내지 650℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 공정을 450㎛ 미만의 온도에서 실시하는 경우, 아연이 용융되지 않아 바람직하지 않고, 650℃를 초과하는 온도에서 열처리를 실시하는 것은 온도를 과도하게 올리기 위하여 비용이 많이 소요되기 때문에 경제적이지 못하여 바람직하지 않다.
즉, 본 발명에서는 열처리 공정을 450 내지 650℃의 비교적 저온에서 실시할 수 있다. 이는 본 발명의 코팅층은 아연 코팅층과 알루미늄 코팅층으로 형성된 이중층으로서, 아연은 용융점이 약 420℃ 정도이므로, 낮은 온도 열처리로도 용융상태가 되어, 분리판과 알루미늄 코팅층을 잘 접착시킬 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명은 종래 알루미늄 코팅층만 있는 경우에는 분리판과 알루미늄 코팅층의 밀착력 확보뿐만 아니라, 분리판의 철 성분과 알루미늄 코팅층의 알루미늄 성분과의 충분한 상호 확산을 위해서 700 내지 900℃의 고온에서 열처리를 실시하는 것에 비하여 매우 경제적인 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이와 같이 450 내지 650℃의 온도에서 열처리 공정을 실시할 수 있으므로, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 우선 별도의 열처리 공정을 생략할 수 있다. 왜냐하면 용융탄산염 연료 전지를 가동하기 위해서는 장치를 650℃까지 가열시켜야 하기 때문에, 연료 전지를 가동하는 중간에 동시에 열처리가 이루어질 수 있기 때문이다. 두 번째 효과는 열처리 온도가 낮기 때문에 분리판의 열변형이 획기적으로 줄어든다는 것이다. 세 번째 효과는 열처리를 실시하기 위해 사용되는 에너지를 절감할 수 있다는 것이다. 네 번째 효과는 일반 공기분위기에서 열처리를 실시하여도 가능하다는 것이다. 이전 기술은 질소나 수소분위기에서 열처리를 실시하였다. 왜냐하면 고온에서 열처리를 실시하면 분리판의 산화가 일어나기 때문에 이를 방지하기 위하여 비 산화성 분위기에서 열처리를 실시하였다. 그러나 본 발명에 의한 코팅층은 450 내지 650℃의 낮은 온도에서 열처리가 가능하기 때문에 일반 공기 분위기에서 열처리를 하여도 기판인 스테인레스 강판의 산화가 크게 일어나지 않기 때문이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 3)
스테인레스 강판 316L 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 양말단(액상 밀봉부)에 아연 함유 조성물을 스크린 프린팅하여 아연 코팅층을 형성하였다. 이때, 아연 함유 조성물은 아연, 터피네올-계열 비히클 유기 바인더, TYZOR(테트라-n-부틸 티타네이트, CAS: 5593-70-4, Dupont사)의 유기 티타네이트와 α-터피네올이 혼합된 용매(혼합비: 8:8 부피비)를 64 : 20 : 16 중량% 비율로 혼합하여 제조하였다.
이어서, 상기 아연 코팅층에 알루미늄 함유 조성물을 스크린 프린팅하여 알루미늄 코팅층을 형성하였다. 상기 알루미늄 함유 조성물은 알루미늄, 터피네올-계열 비히클 유기 바인더 및 α-터피네올 용매를 70 : 20 : 10 중량% 비율로 혼합하여 제조하였다.
이어서, 아연 코팅층 및 알루미늄 코팅층이 액상 밀봉부에 형성된 분리판을 650℃의 공기 분위기 하에서 열처리를 하여 용융탄산염 연료 전지용 분리판을 제조하였다.
이때, 상기 아연 코팅층의 두께는 0.5㎛였고, 알루미늄 코팅층의 두께는 20㎛이었다.
(실시예 2)
아연 코팅층을 1㎛ 두께로 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 3)
아연 코팅층을 2㎛ 두께로 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 4)
아연 코팅층을 1㎛로 형성하고, 알루미늄 코팅층을 20㎛ 두께로 형성하고, 또한 500℃의 공기 분위기에서 열처리를 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 5)
아연 코팅층을 1㎛로 형성하고, 알루미늄 코팅층을 20㎛ 두께로 형성하고, 또한 450℃의 공기 분위기에서 열처리를 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(비교예 1)
아연 코팅층을 형성하지 않고, 알루미늄 코팅층만을 단독으로 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(참고예 1)
열처리 온도를 400℃로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다.
(참고예 2)
아연 코팅층을 0.3㎛ 두께로 형성하고, 알루미늄 코팅층을 20㎛ 두께로 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(참고예 3)
아연 코팅층을 3㎛ 두께로 형성하고, 알루미늄 코팅층을 20㎛ 두께로 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 5, 비교예 1 및 참고예 1 내지 3의 분리판에 대한 내식성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 내식성 평가는 용융탄산염인 Li2CO3과 K2CO3의 혼합물(62 : 48 중량비)를 포함하는 650℃의 용융탄산염 액 속에 제조된 분리판을 24시간 동안 침적시킨 후, 무게변화를 관찰하였다.
하기 표 1에, 무게증가가 0 내지 0.1mg/㎠이면 ◎, 0.1 내지 0.2mg/㎠이면 ○로 표시하였고, 무게변화가 감소하거나(-), 0.2mg/㎠이상 증가하면 X로 표시하였다. 여기서 무게변화가 감소함은 코팅층이 일부 파괴되었다는 것인데, 이는 코팅층의 알루미늄 성분이 일부 녹아서 없어진 것을 의미한다.
| 아연 코팅층 두께(㎛) | 열처리 온도(℃) | 내식성 | |
| 실시예 1 | 0.5 | 650 | ◎ |
| 실시예 2 | 1 | 650 | ◎ |
| 실시예 3 | 2 | 650 | ◎ |
| 실시예 4 | 1 | 500 | ○ |
| 실시예 5 | 1 | 450 | ○ |
| 비교예 1 | 0 | 650 | X |
| 참고예 1 | 1 | 400 | X |
| 참고예 2 | 0.3 | 650 | X |
| 참고예 3 | 3 | 650 | X |
상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 아연 코팅층 두께가 0.5 내지 2㎛ 범위에 포함되고, 열처리를 650℃에서 실시한 실시예 1 내지 3의 분리판은 내식성이 매우 우수하며, 또한 열처리 온도를 약간 낮은 온도인 500℃ 및 450℃에서 실시한 실시예 4 및 5도 우수한 내식성을 나타냄을 알 수 있다.
이에 반하여 아연 코팅층이 없이 알루미늄 코팅층만 형성된 비교예 1의 경우 열처리를 650℃에서 실시하여도 내식성이 매우 좋지 않고 또한 아연 코팅층이 있다하더라도, 열처리 온도가 400℃로 너무 낮은 참고예 1은 내식성이 매우 좋지 않음을 알 수 있다. 아울러, 열처리 온도가 650℃로 다소 높다하더라도 아연 코팅층 두께가 너무 얇거나(0.3㎛, 참고예 2), 너무 두꺼운 경우(3㎛, 참고예 3)에도 내식성이 좋지 않음을 알 수 있다.
따라서 상기 표 1의 결과로부터, 아연 코팅층의 두께는 0.5 내지 2㎛이고, 열처리 온도는 450 내지 650℃일 때 가장 바람직한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 용융탄산염 연료 전지용 분리판 액상 밀봉부에 하층은 아연 코팅층을, 또한 상층은 알루미늄 코팅층을 형성한 이층 코팅층을 형성하여, 650℃ 이하의 공기분위기에서 열처리를 실시하여도 안정하고 품질특성이 우수한 코팅막을 형성시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 기존의 방법에 비하여 공정이 간단하고, 열처리 온도가 낮기 때문에 에너지사용이 절감되는 등의 경제성 효과가 있다. 그리고 분리판의 열적변형을 방지할 수 있는 표면처리 방법이기 때문에 분리판의 품질특성을 증가시키는 효과도 있다.
Claims (7)
- 서로 대향하여 위치하는 양극 및 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하며, 상기 양극 및 음극과 접하는 활성 영역 및 상기 양극 및 음극과 접하지 않는 비활성 영역을 포함하는, 용융탄산염 전해질을 포함하는 전해질 막을 포함하는 막-전극 어셈블리; 및상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하여, 상기 비활성 영역과 접하여 액상 용융부를 형성하는 분리판;을 적어도 하나 포함하고,상기 비활성 영역과 접하여 형성되는 액상 용융부는 상기 분리판과 접하게 형성된 아연 코팅층 및 이 아연 코팅층에 형성된 알루미늄 코팅층을 포함하는 것인용융탄산염 연료 전지용 스택.
- 제1항에 있어서,상기 아연 코팅층은 0.5 내지 2㎛의 두께를 갖는 것인 용융탄산염 연료 전지용 스택.
- 제1항에 있어서,상기 아연 코팅층 및 알루미늄 코팅층은상기 분리판에 아연을 코팅하여 아연 코팅층을 형성하고;상기 아연 코팅층에 알루미늄을 코팅하여 알루미늄 코팅층을 형성하고;공기 분위기 하에서 450 내지 650℃의 온도로 열처리하여 형성된 것인 용융탄산염 연료 전지용 스택.
- 제3항에 있어서,상기 아연 코팅 공정은 아연 함유 조성물을 사용하여 실시하고,상기 알루미늄 코팅 공정은 알루미늄 함유 조성물을 사용하여 실시하는 것인 용융탄산염 연료 전지용 스택.
- 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 양말단에 아연을 코팅하여 아연 코팅층을 형성하고;상기 아연 코팅층에 알루미늄을 코팅하여 알루미늄 코팅층을 형성하고;상기 아연 코팅층 및 알루미늄 코팅층이 형성된 분리판을 공기 분위기 하에서 열처리하는공정을 포함하는 것인 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 열처리 공정은 450 내지 650℃에서 실시하는 것인 용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 아연 코팅 공정은 아연 함유 조성물을 사용하여 실시하고,상기 알루미늄 코팅 공정은 알루미늄 함유 조성물을 사용하여 실시하는 것인용융탄산염 연료 전지용 분리판의 제조 방법.
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