KR101277915B1 - Electrolyte structure for ceria-based solid oxide fuel cell which is easy to measure partial oxygen pressure and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질 내부에 프로브를 삽입시킴으로써, 전해질 내부의 산소 분압을 간편하게 측정할 수 있는 산소 분압 측정이 용이한 세리아(CERIA)계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 전해질; 및 상기 전해질에 삽입된 형태로 존재하는 1 이상의 프로브를 포함하며, 상기 프로브는 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛과 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛이 쌍을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 산소 분압을 용이하게 측정할 수 있는 전해질 구조체를 제공하여 세리아계 고체산화물 연료 전지가 보다 안정적으로 작동하도록 할 수 있다.
The present invention relates to an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell and a method of manufacturing the same, wherein the partial pressure of oxygen can be easily measured by inserting a probe into the electrolyte. The present invention relates to an electrolyte structure for a Ceria-based solid oxide fuel cell and a method of manufacturing the same.
The present invention is an electrolyte; And one or more probes present in a form inserted into the electrolyte, wherein the probes are paired with an electron electrochemical potential measurement probe unit and an oxygen ion electrochemical potential measurement probe unit in pairs. Provided are an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell and a method of manufacturing the same.
According to one aspect of the present invention, by providing an electrolyte structure that can easily measure the oxygen partial pressure it can be made to operate the ceria-based solid oxide fuel cell more stable.

Description

산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체 및 그 제조방법{ELECTROLYTE STRUCTURE FOR CERIA-BASED SOLID OXIDE FUEL CELL WHICH IS EASY TO MEASURE PARTIAL OXYGEN PRESSURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}ELECTROLYTE STRUCTURE FOR CERIA-BASED SOLID OXIDE FUEL CELL WHICH IS EASY TO MEASURE PARTIAL OXYGEN PRESSURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질 내부에 프로브를 삽입시킴으로써, 전해질 내부의 산소 분압을 간편하게 측정할 수 있는 산소 분압 측정이 용이한 세리아(CERIA)계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell and a method of manufacturing the same, wherein the partial pressure of oxygen can be easily measured by inserting a probe into the electrolyte. The present invention relates to an electrolyte structure for a Ceria-based solid oxide fuel cell and a method of manufacturing the same.

연료전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 산화물 전해질을 통해 산화제(예를 들어, 산소)와 기상 연료(예를 들어, 수소)를 전기화학적으로 반응시킴으로써, 직류 전기를 생산하는 에너지 전환 장치로써, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는다.
A fuel cell is defined as a cell that has the ability to produce direct current by converting the chemical energy of fuel (hydrogen) directly into electrical energy, and through the oxide electrolyte, oxidant (eg oxygen) and gaseous fuel (eg For example, hydrogen) is an energy conversion device for producing direct current electricity by electrochemically reacting, and unlike the conventional battery, has a characteristic of continuously producing electricity by supplying fuel and air from the outside.

연료전지의 종류로는 고온에서 작동하는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 및 비교적 낮은 온도에서 작동하는 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC), 고분자전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cells, DEMFC) 등이 있으며, 이 중 고체산화물 연료전지는 고성능의 깨끗하고 효율적인 전원이 될 수 있는 잠재력을 가지며, 다양한 전력 발생 용도로서 개발되고 있다.
Fuel cell types include molten carbonate fuel cells (MCFCs), solid oxide fuel cells (SOFCs) operating at high temperatures, and phosphoric acid fuel cells operating at relatively low temperatures. Cell, PAFC), Alkaline Fuel Cell (AFC), Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Direct Methanol Fuel Cells (DEMFC), etc. Oxide fuel cells have the potential to be high performance, clean and efficient power sources and are being developed for a variety of power generation applications.

상기 고체산화물 연료전지의 전해질로 사용되는 물질 중 세리아(CERIA)계는 낮은 온도에서도 높은 이온 전도도를 나타내기 때문에, 현재의 지르코니아(zirconia)계 전해질을 대체하여 연료전지의 작동온도를 낮추어 고온에서 나타나는 복잡한 열화 문제를 해결해 줄 수 있을 것으로 기대된다. 하지만, CERIA계가 낮은 산소분압의 수소분위기에 노출될 경우 환원현상이 일어나 전자 전도도가 증가하기 때문에 개방회로전압이 낮아지게 되어 성능 감소로 이어질 수 있다. 뿐만 아니라 환원된 CERIA는 기계적으로 취약하게 되어 박리 등과 같은 내구성 문제를 일으킬 수 있다.
Among the materials used as electrolyte of the solid oxide fuel cell, CERIA shows high ionic conductivity even at low temperature, so it replaces current zirconia based electrolyte and lowers the operating temperature of the fuel cell, resulting in high temperature. It is expected to be able to solve complex degradation problems. However, when the CERIA system is exposed to a hydrogen atmosphere with a low oxygen partial pressure, a reduction phenomenon occurs and the electronic conductivity is increased, thereby reducing the open circuit voltage, which may lead to a decrease in performance. In addition, the reduced CERIA is mechanically vulnerable and may cause durability problems such as peeling.

따라서, 환원되는 부위를 최소화하기 위해서는 셀 두께를 조절할 필요가 있으며, 실제 연료전지 작동 시 전해질 내부 산소 분압을 모니터링하여 과도한 환원으로 인한 전해질의 박리 등과 같은 기계적인 결함이 일어나기 전에 가스 분위기를 조절할 필요가 있다.
Therefore, it is necessary to adjust the cell thickness to minimize the reduced site, and to monitor the partial pressure of oxygen inside the electrolyte during actual fuel cell operation, it is necessary to adjust the gas atmosphere before mechanical defects such as electrolyte peeling due to excessive reduction occur. have.

이를 위해서는 내부 산소 분압을 측정할 수 있는 프로브를 전해질 내부에 내포시켜야 하며, 전해질 내부에 산소 분압을 측정하기 위해 Pt 프로브(probe)를 내포시켜 셀의 전해질을 제조하는 기술을 제안한 사례가 있다. 이러한 기술을 이용하여 전해질 내부에 가능한한 여러 개의 얇은 Pt 프로브를 내포시키면 내부의 산소분압 프로파일(profile)을 측정할 수 있는 셀을 만들 수 있어 셀의 안정적인 작동 조건을 설정하는데 도움이 된다.
To this end, a probe capable of measuring the internal partial pressure of oxygen must be included in the electrolyte, and there is an example of a technique of manufacturing an electrolyte of a cell by embedding a Pt probe (probe) to measure the partial pressure of oxygen in the electrolyte. By embedding as many thin Pt probes as possible inside the electrolyte using this technique, you can create a cell that can measure the oxygen partial pressure profile inside, helping to establish stable operating conditions for the cell.

그러나, Pt 프로브는 전해질의 전자의 전기화학 포텐셜을 측정할 뿐이지 산소의 화학 포텐셜(산소 분압)을 직접적으로 측정하지 못하기 때문에, 추가적인 실험 데이터와 계산과정을 거쳐 전자의 전기화학 포텐셜을 산소분압으로 환산하여 예측해야 하는 단점이 있다.
However, since the Pt probe only measures the electrochemical potential of the electron in the electrolyte, it cannot directly measure the chemical potential (oxygen partial pressure) of the oxygen. Therefore, additional experimental data and calculations are used to convert the electron electrochemical potential into the oxygen partial pressure. There is a disadvantage to be predicted.

본 발명의 일측면은 전해질 내부에 전자의 전기화학 포텐셜을 측정할 수 있는 프로브와 산소이온의 전기화학 포텐셜(Electrochemical Potential)을 측정할 수 있는 프로브를 동시에 구비시킴으로써, 산소 분압을 간편하게 측정할 수 있는 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
One aspect of the present invention is equipped with a probe that can measure the electrochemical potential of the electron and a probe that can measure the electrochemical potential of the oxygen ions (electrochemical potential) of the oxygen inside the electrolyte, it is possible to easily measure the oxygen partial pressure An object of the present invention is to provide a ceria-based solid oxide fuel cell electrolyte structure and a method of manufacturing the same.

본 발명은 전해질; 및 상기 전해질에 삽입된 형태로 존재하는 1 이상의 프로브를 포함하며, 상기 프로브는 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛과 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛이 쌍을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체를 제공한다.The present invention is an electrolyte; And one or more probes present in a form inserted into the electrolyte, wherein the probes are paired with an electron electrochemical potential measurement probe unit and an oxygen ion electrochemical potential measurement probe unit in pairs. Provided is an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell that can measure partial pressure easily.

상기 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 Pt계인 것이 바람직하다.It is preferable that the said electrochemical potential measurement probe unit is a Pt system.

상기 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 YSZ계인 것이 바람직하다.The probe unit for measuring the electrochemical potential of oxygen ions is preferably an YSZ system.

상기 프로브 유닛은 와이어 또는 필름 형태인 것이 바람직하다.
The probe unit is preferably in the form of a wire or film.

본 발명은 2 이상의 전해질 테이프를 준비하는 단계; 준비된 상기 2 이상의 전해질 테이프 사이에 1 이상의 프로브를 삽입시키는 단계; 및 상기 프로브가 삽입된 전해질 테이프를 1200~1400℃로 소결시키는 단계를 포함하며, 상기 프로브는 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛과 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛이 쌍을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of preparing two or more electrolyte tapes; Inserting at least one probe between the prepared at least two electrolyte tapes; And sintering the electrolyte tape into which the probe is inserted at 1200 to 1400 ° C., wherein the probe is paired with an electron electrochemical potential measurement probe unit and an oxygen ion electrochemical potential measurement probe unit. The present invention provides a method for producing an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell, which is easy to measure oxygen partial pressure.

상기 프로브를 삽입시키는 단계는 와이어 또는 필름 형태의 프로브 유닛을 상기 전해질 테이프에 적층시켜 이루어지는 것이 바람직하다.Inserting the probe is preferably made by laminating a probe unit in the form of a wire or film on the electrolyte tape.

상기 프로브를 삽입시키는 단계는 상기 전해질 테이프에 페이스트를 바른 후 건조시켜 프로브를 형성시키는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.Inserting the probe is preferably made by applying a paste to the electrolyte tape and drying to form a probe.

상기 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 Pt계인 것이 바람직하다.It is preferable that the said electrochemical potential measurement probe unit is a Pt system.

상기 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 YSZ계인 것이 바람직하다.The probe unit for measuring the electrochemical potential of oxygen ions is preferably an YSZ system.

상기 YSZ계 프로브 유닛은 Pt계 와이어에 YSZ를 CVD, PVD 및 ADM으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 방법으로 코팅하여 형성되는 것이 바람직하다.
The YSZ-based probe unit is preferably formed by coating YSZ on Pt-based wire by one or more methods selected from the group consisting of CVD, PVD, and ADM.

본 발명의 일측면에 따르면, 산소 분압을 용이하게 측정할 수 있는 전해질 구조체를 제공하여 세리아계 고체산화물 연료 전지가 보다 안정적으로 작동하도록 할 수 있다.
According to one aspect of the present invention, by providing an electrolyte structure that can easily measure the oxygen partial pressure it can be made to operate the ceria-based solid oxide fuel cell more stable.

도 1은 본 발명의 전해질 구조체의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 전해질 구조체를 제조하기 위한 중간 과정의 일례를 나타낸 모식도이다.
1 is a schematic diagram showing an example of the electrolyte structure of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of an intermediate process for producing an electrolyte structure of the present invention.

본 발명자들은 Pt 와이어와 YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia)를 함께 사용하는 경우, 전해질 내부의 산소 분압을 추가적인 실험 또는 복잡한 계산없이 간편하게 측정할 수 있다는 식견에 근거하여 본 발명을 완성하게 되었다.
The present inventors have completed the present invention based on the knowledge that when the Pt wire and YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia) are used together, the oxygen partial pressure inside the electrolyte can be easily measured without additional experiments or complicated calculations.

이하, 본 발명의 전해질 구조체에 대하여 설명한다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the electrolyte structure of this invention is demonstrated.

본 발명은 전해질 및 상기 전해질에 삽입된 형태로 존재하는 1 이상의 프로브를 포함하며, 상기 프로브는 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛과 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛이 쌍을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체를 제공한다.
The present invention includes an electrolyte and one or more probes present in a form inserted into the electrolyte, wherein the probes are paired with an electron electrochemical potential measurement probe unit and an oxygen ion electrochemical potential measurement probe unit. An electrolyte structure for a solid oxide fuel cell is provided.

본 발명에 포함되는 전해질은 세리아(ceria, CeO2)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하나, 이온 전자 혼합(Mixed Ionic Electronic) 형태의 전해질이라면, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 또한, 연료전지에 적절하게 적용될 수 있는 형태를 갖는 것이라면 모두 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
The electrolyte included in the present invention is preferably made of ceria (CeO 2 ), but the type of the electrolyte is not particularly limited as long as the electrolyte is in the form of a mixed ionic electronic. In addition, any one having a form that can be appropriately applied to the fuel cell may be included in the scope of the present invention.

상기 세리아는 낮은 온도에서도 높은 이온 전도도를 나타내기 때문에, 고체산화물 연료전지의 전해질로 사용되는 경우, 연료전지의 작동온도를 낮출 수 있는 장점이 있다. 다만, 세리아를 전해질에 포함시키는 경우, 전해질 내부의 산소 분압 측정이 중요시 되기 때문에, 상기 산소 분압 측정을 위한 프로브가 상기 전해질 내부에 삽입되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프로브는 전해질 내부의 산소 분압 측정을 위해 최소 1개 이상 구비되는 것이 바람직하며, 전해질 내부의 전체적인 산소 분압의 측정을 위해서는 그 수가 많은 것이 유리하다. 다만, 동일한 영역의 산소 분압이 측정될 만큼 과도하게 촘촘히 삽입되는 것은 비용적인 측면에서 불리하다.
Since the ceria exhibits high ionic conductivity even at low temperatures, when the ceria is used as an electrolyte of a solid oxide fuel cell, there is an advantage of lowering the operating temperature of the fuel cell. However, when ceria is included in the electrolyte, since the measurement of the oxygen partial pressure inside the electrolyte is important, it is preferable that a probe for measuring the oxygen partial pressure is inserted into the electrolyte. In addition, the probe is preferably provided with at least one or more to measure the oxygen partial pressure inside the electrolyte, it is advantageous that a large number for the measurement of the overall oxygen partial pressure inside the electrolyte. However, it is disadvantageous in terms of cost to insert too tightly the oxygen partial pressure of the same region to be measured.

도 1은 본 발명의 전해질 구조체의 바람직한 일례를 나타낸 모식도인데, 도 1과 같이, 본 발명의 전해질 구조체(100)는 전해질(10) 내부의 산소 분압(

Figure 112011062274108-pat00001
) 측정을 용이하게 하기 위해서, 전자의 전기화학포텐셜(
Figure 112011062274108-pat00002
) 측정용 프로브 유닛(21)과 산소이온의 전기화학포텐셜(
Figure 112011062274108-pat00003
) 측정용 프로브 유닛(22)이 쌍을 이루어 상기 프로브(20)를 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 각각의 프로브 유닛은 서로 소정의 간격을 유지하거나 접촉한 상태로 위치하더라도 무방하다.
Figure 1 is a schematic diagram showing a preferred example of the electrolyte structure of the present invention, as shown in Figure 1, the electrolyte structure 100 of the present invention is the oxygen partial pressure (
Figure 112011062274108-pat00001
In order to facilitate the measurement, the former electrochemical potential (
Figure 112011062274108-pat00002
Electrochemical potential of probe unit 21 and oxygen ion
Figure 112011062274108-pat00003
It is preferable that the probe units 22 for measurement are paired to form the probe 20. At this time, the respective probe units may be positioned in a state where they are kept in contact with each other or at a predetermined interval.

상기와 같이, 각각의 프로브 유닛으로부터 전자의 전기화학포텐셜(

Figure 112011062274108-pat00004
)과 산소이온의 전기화학포텐셜(
Figure 112011062274108-pat00005
)를 동시에 측정하고, 이 측정된 값을 이용하여 하기 식 1을 통해, 전해질 내부의 산소 분압을 간편하게 측정할 수 있다.
As above, the electrochemical potential of electrons from each probe unit (
Figure 112011062274108-pat00004
) And the electrochemical potential of oxygen ions (
Figure 112011062274108-pat00005
) Can be measured at the same time, and the partial pressure of oxygen in the electrolyte can be easily measured through Equation 1 using the measured values.

[식 1][Formula 1]

Figure 112011062274108-pat00006

Figure 112011062274108-pat00006

이와 같이, 본 발명이 제안하는 전해질 구조체는 전해질 내부의 산소 분압 측정이 매우 간단하게 이루어질 수 있기 때문에, 셀의 안정적인 작동 조건을 설정하는데 매우 큰 도움이 될 수 있으며, 이를 통해, 환원정도를 실시간 관찰하여 환원현상이 과도하게 일어나는 것을 방지할 수 있고, 따라서 개방회로전압이 낮아지는 것을 억제하여, 성능이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 박리 등과 같은 기계적 결함으로부터 해방될 수 있으므로, 내구성 향상 측면에도 도움이 된다.
As described above, since the electrolyte structure proposed by the present invention can measure oxygen partial pressure inside the electrolyte very simply, it can be very helpful in setting stable operating conditions of the cell, and through this, the reduction degree can be observed in real time. Therefore, excessive reduction can be prevented, and therefore, the open circuit voltage can be suppressed from being lowered, thereby reducing the performance. In addition, since it can be released from mechanical defects such as peeling, etc., it also helps in terms of improving durability.

상기 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 Pt계인 것이 바람직하다. 상기 Pt는 전해질 내부 분위기의 영향을 거의 받지 않으면서 전자의 전기화학포텐셜을 측정할 수 있고, 나아가 높은 소결온도에서도 안정하며, 내식성 및 내구성이 우수하여 장기간 사용이 가능하다. 한편, 상기 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 YSZ계인 것이 바람직한데, 상기 YSZ는 산소이온 전도도(선택도)가 매우 우수한 물질로서, 본 발명에서 요구되는 산소 분압 측정에 매우 적합하다.
It is preferable that the said electrochemical potential measurement probe unit is a Pt system. The Pt can measure the electrochemical potential of the electron without being affected by the atmosphere inside the electrolyte, and is stable even at a high sintering temperature, and can be used for a long time due to its excellent corrosion resistance and durability. On the other hand, the probe unit for measuring the electrochemical potential of the oxygen ions is preferably YSZ-based, the YSZ is a material excellent in oxygen ion conductivity (selectivity), it is very suitable for measuring the oxygen partial pressure required by the present invention.

전술한 바와 같이, 전해질 내부에 삽입되는 상기 프로브 유닛은 전해질의 기능이나 형태를 크게 해치지 않는 범위라면, 그 구조나 형태에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 다만, 제조 공정 혹은 비용 측면을 고려하였을 때, 상기 프로브 유닛은 와이어나 필름 형태로 적용될 수 있다.
As described above, the probe unit inserted into the electrolyte is not particularly limited as long as it does not significantly impair the function or shape of the electrolyte. However, in consideration of the manufacturing process or the cost, the probe unit may be applied in the form of a wire or a film.

도 2는 본 발명의 전해질 구조체를 제조하기 위한 중간 과정의 일례를 나타낸 모식도이다. 이하, 도 2를 토대로 본 발명의 전해질 구조체의 제조방법을 설명한다.
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of an intermediate process for producing an electrolyte structure of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method of the electrolyte structure of the present invention will be described with reference to FIG.

우선, 2 이상의 전해질 테이프(10a, 10b)를 준비한다. 상기 전해질 테이프는 제작될 전해질의 두께, 형태 등을 고려하여 가능한 여러장으로 나눠서 얇은 형태를 갖는 것이 바람직하다.
First, two or more electrolyte tapes 10a and 10b are prepared. It is preferable that the electrolyte tape has a thin shape by dividing into as many sheets as possible in consideration of the thickness, form, and the like of the electrolyte to be produced.

이후, 상기와 같이 준비된 2 이상의 상기 전해질 테이프 사이에 1 이상의 프로브(20)를 삽입시킨다. 전술한 바와 같이, 상기 프로브(20)는 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛(21)과 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛(22)이 쌍을 이루는 형태인 것이 바람직하다.
Thereafter, one or more probes 20 are inserted between the two or more electrolyte tapes prepared as described above. As described above, the probe 20 is preferably a form in which the electron electrochemical potential measurement probe unit 21 and the oxygen ion electrochemical potential measurement probe unit 22 form a pair.

이 때, 상기 프로브를 삽입시키는 단계는 미리 와이어 또는 필름 형태로 제작된 프로브 유닛 각각을 상기 전해질 테이프에 적층시키는 형태로 이루어질 수 있으며, 또는 상기 전해질 테이프에 페이스트를 바른 후 건조시킴으로써, 프로브를 직접 형성시킬 수도 있다.
At this time, the step of inserting the probe may be in the form of laminating each of the probe units made in advance in the form of a wire or film on the electrolyte tape, or by applying a paste on the electrolyte tape and then drying, to form the probe directly You can also

한편, 앞서 언급한 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛이 와이어 형태인 경우에, 상기 와이어는 Pt계 와이어에 YSZ가 코팅된 형태일 수 있다. 이 때, 상기 코팅방법으로는 박막증착이 가능한 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 및 ADM(Aerosol Deposition Method)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 방법을 이용할 수 있다.
On the other hand, when the above-mentioned probe unit for measuring the electrochemical potential of oxygen ions is in the form of a wire, the wire may be in the form of YSZ coated on the Pt-based wire. In this case, at least one method selected from the group consisting of chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and aerosol deposition method (ADM) may be used as the coating method.

이후, 상기 프로브가 삽입된 전해질 테이프를 1200~1400℃로 소결시켜 본 발명의 전해질 구조체를 완성할 수 있다. 다만, 상기 소결온도가 1200℃미만인 경우에는 전해질의 완전한 소결이 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 1400℃를 초과하는 경우에는 소결시 전해질과 함께 높은 온도 분위기에 노출되는 음극 지지체 등이 손상되어 원하는 미세구조를 얻지 못할 수 있으므로, 상기 소결온도는 1200~1400℃의 범위인 것이 바람직하다. 한편, 전해질이 바람직하게 형성되도록 하기 위하여, 상기 소결 전 혹은 소결 중에는 전해질 테이프가 손상되지 않을 정도의 압력(lamination)을 주는 것도 좋다.
Thereafter, the electrolyte tape into which the probe is inserted may be sintered at 1200 to 1400 ° C., thereby completing the electrolyte structure of the present invention. However, when the sintering temperature is less than 1200 ℃ may not be a complete sintering of the electrolyte. In addition, when the sintering temperature is higher than 1400 ° C., the negative electrode support, which is exposed to a high temperature atmosphere together with the electrolyte during sintering may be damaged to obtain a desired microstructure. On the other hand, in order for the electrolyte to be formed preferably, it is also possible to give a lamination to the extent that the electrolyte tape is not damaged before or during the sintering.

10 : 전해질
10a, 10b : 전해질 테이프
20 : 프로브
21 : 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛
22 : 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛
100 : 전해질 구조체
10: electrolyte
10a, 10b: electrolyte tape
20 probe
21: Probe unit for measuring electrochemical potential of electron
22: probe unit for measuring the electrochemical potential of oxygen ions
100: electrolyte structure

Claims (10)

세리아계 전해질; 및
상기 세리아계 전해질에 삽입된 형태로 존재하는 1 이상의 프로브를 포함하며,
상기 프로브는 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛과 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛이 쌍을 이루고 있고,
상기 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 Pt계이며,
상기 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 YSZ계인 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체.
Ceria-based electrolytes; And
At least one probe present in the form inserted into the ceria-based electrolyte,
The probe is a pair of electron electrochemical potential measurement probe unit and oxygen ion electrochemical potential measurement probe unit is paired,
The electron electrochemical potential measurement probe unit is Pt-based,
Electrolyte potential measurement probe unit of the oxygen ion is an YSZ-based ceria-based solid oxide fuel cell electrolyte structure for easy measurement of oxygen partial pressure.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 프로브 유닛은 와이어 또는 필름 형태인 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체.
The method of claim 1,
The probe unit is a ceria-based solid oxide fuel cell electrolyte structure that is easy to measure the oxygen partial pressure, characterized in that the wire or film form.
2 이상의 세리아계 전해질 테이프를 준비하는 단계;
준비된 상기 2 이상의 세리아계 전해질 테이프 사이에 1 이상의 프로브를 삽입시키는 단계; 및
상기 프로브가 삽입된 세리아계 전해질 테이프를 1200~1400℃로 소결시키는 단계를 포함하며,
상기 프로브는 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛과 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛이 쌍을 이루고 있고,
상기 전자의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 Pt계이며,
상기 산소이온의 전기화학포텐셜 측정용 프로브 유닛은 YSZ계인 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체의 제조방법.
Preparing at least two ceria-based electrolyte tapes;
Inserting at least one probe between the prepared at least two ceria-based electrolyte tapes; And
Comprising the step of sintering the ceria-based electrolyte tape inserted into the probe at 1200 ~ 1400 ℃,
The probe is a pair of electron electrochemical potential measurement probe unit and oxygen ion electrochemical potential measurement probe unit is paired,
The electron electrochemical potential measurement probe unit is Pt-based,
The method of manufacturing an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell that is easy to measure oxygen partial pressure, characterized in that the probe unit for measuring the electrochemical potential of oxygen ions is YSZ system.
제5항에 있어서,
상기 프로브를 삽입시키는 단계는 와이어 또는 필름 형태의 프로브 유닛을 상기 전해질 테이프에 적층시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체의 제조방법.
The method of claim 5,
Inserting the probe is a method of manufacturing an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell easy to measure the oxygen partial pressure, characterized in that the probe unit in the form of a wire or film laminated on the electrolyte tape.
제5항에 있어서,
상기 프로브를 삽입시키는 단계는 상기 전해질 테이프에 페이스트를 바른 후 건조시켜 프로브를 형성시키는 것으로 이루어지는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체의 제조방법.
The method of claim 5,
Inserting the probe is a method for producing an electrolyte structure for a ceria-based solid oxide fuel cell easy to measure the oxygen partial pressure consisting of applying a paste to the electrolyte tape and drying to form a probe.
삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 YSZ계 프로브 유닛은 Pt계 와이어에 YSZ를 CVD, PVD 및 ADM으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 방법으로 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 산소 분압 측정이 용이한 세리아계 고체산화물 연료전지용 전해질 구조체의 제조방법.
The method of claim 5,
The YSZ probe unit is formed by coating YSZ on a Pt-based wire by at least one method selected from the group consisting of CVD, PVD, and ADM. Manufacturing method.
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