KR101321249B1 - Solid Oxide Fuel Cell and Method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 고체산화물 연료 전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 제1 전극, 전해질 및 제2 전극을 포함하는 단위전지; 및 단위전지를 수용할 수 있도록 홈 형태로 형성되며 단위전지와 접촉되는 면이 콜로게이트형상으로 형성된 단위전지 수용부, 및 단위전지 수용부와 연결되어 소정의 두께를 가진 플레이트 형태로 형성되며 내부가 메시구조로 형성된 지지부를 포함하는 집전체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiments of the present invention relate to a solid oxide fuel cell and a manufacturing method thereof, comprising: a unit cell including a first electrode, an electrolyte, and a second electrode; And a unit cell accommodating part formed in a groove shape to accommodate the unit cell and having a surface contacting the unit cell in a colloidal shape, and a plate having a predetermined thickness connected to the unit cell accommodating part. And a current collector including a support formed in a mesh structure.
Description
본 발명은 고체산화물 연료 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a method of manufacturing the same.
현재, 문헌 1에서 개시하고 있는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)를 비롯하여 다양한 구조의 고체산화물 연료전지가 다양한 분야에 적용되고 있는 실정이다.Currently, various types of solid oxide fuel cells having various structures, including a solid oxide fuel cell (SOFC) disclosed in Document 1, are being applied.
고체산화물 연료전지는 고체상의 세라믹을 전해질로 사용하여 600℃ 내지 1000℃의 고온에서 연료(H2, CO)와 산소(공기)의 전기화학반응에 의해 전기를 생산하므로 연료전지 중 가장 발전효율이 높고, 고온의 배기가스를 이용하여 열병합 발전이 용이하다.Solid oxide fuel cells produce the electricity by the electrochemical reaction of fuel (H2, CO) and oxygen (air) at a high temperature of 600 ℃ to 1000 ℃ by using solid ceramic as electrolyte, which is the highest generation efficiency among fuel cells. In addition, cogeneration is easy using high temperature exhaust gas.
한편, 고체산화물 연료전지 개발에 있어서의 핵심기술은 극한 환경조건에서의 내구성과 장기 안정성을 갖는 단위전지 및 스택들을 제조할 수 있는 전극과 전해질로 구성된 구성소재 제조 공정기술이다.On the other hand, the core technology in the development of a solid oxide fuel cell is a component material manufacturing process technology consisting of an electrode and an electrolyte capable of manufacturing unit cells and stacks having durability and long-term stability under extreme environmental conditions.
현재, 원통형, 평판형, 원반형 등 여러 형태의 연료전지 중 원통형 고체산화물 연료전지가 내구성, 기동시간, 열 충격에 대한 저항성 및 가스밀봉에 대한 부담이 적다.Currently, cylindrical solid oxide fuel cells among the various types of fuel cells, such as cylindrical, flat plate, and disk type, have less durability, start-up time, resistance to thermal shock, and burden on gas sealing.
또한, 원통형 고체산화물 연료전지는 셀 대형화 및 기계적 강도가 우수하여, 가장 진보된 기술개발 수준을 보임에 따라 사용화에 근접한 기술로 평가되고 있는 실정이다.In addition, the cylindrical solid oxide fuel cell is excellent in the size and mechanical strength of the cell, the situation is being evaluated as a technology close to the commercialization, showing the most advanced technology development level.
고체산화물 연료전지의 구성 재료인 연료극, 전해질, 공기극, 분리판, 밀봉재 기술 분야에서는 각 구성요소와 전해질의 동일한 열팽창계수, 고온 사이클에 대한 내구성, 화학적 안정성, 전기 화학적 활성, 장기 안정성과 신뢰성을 갖는 소재 개발이 진행되고 있다.In the technical field of anode, electrolyte, cathode, separator, and sealing materials, which are the constituent materials of the solid oxide fuel cell, the same coefficient of thermal expansion of each component and electrolyte, durability against high temperature cycle, chemical stability, electrochemical activity, long-term stability and reliability Material development is in progress.
또한, 대용량의 고체산화물 연료전지 시스템을 구현하기 위해서는 전해질과 전극으로 이루어진 각 단위전지의 전기적 연결, 공급하는 연료와 공기의 격리, 기계적 지지체 역할을 수행하는 연결재와 산화 분위기에서 내산화성 집전재료 구조를 개발하는 것이 절대적으로 요구된다.
In addition, in order to implement a large-capacity solid oxide fuel cell system, an electrical connection of each unit cell composed of an electrolyte and an electrode, isolation of fuel and air to be supplied, a connecting member serving as a mechanical support, and an oxidation resistant current collector structure in an oxidizing atmosphere Development is absolutely required.
[문헌 1] KR 10-2008-0087027 A 2008. 9. 29
[Document 1] KR 10-2008-0087027 A 2008. 9. 29
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 집전저항을 최소화하기 위한 고체산화물 연료 전지 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an aspect of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell and its manufacturing method for minimizing current collection resistance.
본 발명의 실시예에 의한 고체산화물 연료 전지는, 제1 전극, 전해질 및 제2 전극을 포함하는 단위전지; 및A solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, a unit cell including a first electrode, an electrolyte and a second electrode; And
상기 단위전지를 수용할 수 있도록 홈 형태로 형성되며 상기 단위전지와 접촉되는 면이 콜로케이트형 구조로 형성된 단위전지 수용부, 및 상기 단위전지 수용부와 연결되어 소정의 두께를 가진 플레이트 형태로 형성되며 내부가 메시구조로 형성된 지지부를 포함하는 집전체;를 포함할 수 있다.
A unit battery accommodating part formed in a groove shape to accommodate the unit cell and having a surface in contact with the unit cell having a colloidal structure, and a plate having a predetermined thickness connected to the unit cell accommodating part; And a current collector including a support formed in a mesh structure therein.
여기에서, 상기 단위전지 수용부의 홈은 수용되는 상기 단위전지의 외형에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.Here, the groove of the unit cell accommodating part may be formed in a shape corresponding to the outer shape of the unit cell accommodated.
또한, 상기 집전체는 상기 제2 전극과 접촉될 수 있다.In addition, the current collector may be in contact with the second electrode.
또한, 상기 제2 전극은 공기극일 수 있다.In addition, the second electrode may be an air electrode.
또한, 상기 집전체는 금속 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the current collector may be made of a metal material.
또한, 상기 집전체는, 외면에 스피넬 구조(Spinel Structure)의 재질로 이루어진 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, the current collector, a coating layer made of a material of a spinel structure (Spinel Structure) may be formed on the outer surface.
또한, 상기 코팅층은 망간코발트옥사이드(Mn-Co-O4) 재질로 이루어질 수 있다.
In addition, the coating layer may be made of manganese cobalt oxide (Mn-Co-O 4 ) material.
다른 본 발명의 실시예는, 집전체용 와이어를 준비하는 단계;Another embodiment of the present invention, preparing a current collector wire;
상기 집전체용 와이어에 코팅을 수행하는 단계;Coating the current collector wire;
상기 집전체용 와이어를 가공하여, 단위전지를 수용할 수 있도록 홈 형태로 형성되며 상기 단위전지와 접촉되는 면이 콜로게이트형 구조로 형성된 단위전지 수용부, 및 상기 단위전지 수용부와 연결되어 소정의 두께를 가진 플레이트 형태로 형성되며 내부가 메시구조로 형성된 지지부를 포함하는 집전체를 형성하는 단계; 및By processing the current collector wire, the unit cell accommodating portion is formed in the shape of a groove to accommodate the unit cell, the surface in contact with the unit cell is formed of a colloidal structure, and is connected to the unit cell accommodating portion Forming a current collector including a support portion formed in a plate shape having a thickness and having a mesh structure therein; And
상기 집전체에 상기 단위전지를 실장하는 단계;를 포함할 수 있다.
And mounting the unit cell on the current collector.
여기에서, 상기 집전체를 형성하는 단계에서, 상기 단위전지 수용부의 홈은 수용되는 상기 단위전지의 외형에 대응되는 형태로 형성할 수 있다.Here, in the forming of the current collector, the groove of the unit battery accommodating portion may be formed in a shape corresponding to the outer shape of the unit battery accommodated.
또한, 상기 집전체는 상기 단위전지의 공기극과 접촉될 수 있다.In addition, the current collector may be in contact with the cathode of the unit cell.
또한, 상기 집전체는 금속 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the current collector may be made of a metal material.
또한, 상기 집전체용 와이어에 코팅을 수행하는 단계는,In addition, the step of coating the current collector wire,
상기 집전체용 와이어의 외면에 스피넬 구조(Spinel Structure)의 재질로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계일 수 있다.It may be a step of forming a coating layer made of a material of a spinel structure on the outer surface of the current collector wire.
또한, 상기 코팅층은 망간코발트옥사이드(Mn-CoO4) 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the coating layer may be made of manganese cobalt oxide (Mn-CoO 4 ) material.
또한, 상기 코팅을 수행하는 단계 이후, 상기 집전체를 형성하는 단계 이전에, 상기 코팅된 집전체용 와이어에 열처리를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
In addition, after the step of performing the coating, before the step of forming the current collector, performing a heat treatment to the coated current collector wire; may further include.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명의 실시예에 의한 고체산화물 연료 전지 및 그 제조방법은 단위전지와 접촉되는 집전체의 영역을 콜로게이트형 구조로 형성하였기 때문에, 단위전지와 전기적으로 접촉하는 금속 집전체의 접촉력 향상 및 탄성력 개선으로 인해 열적, 기계적으로 안정한 구조의 고체산화물 연료 전지를 제공할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.In the solid oxide fuel cell and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention, since the region of the current collector in contact with the unit cell is formed in a colloidal structure, the contact force improvement and the elastic force of the metal current collector in electrical contact with the unit cell are achieved. The improvement can be expected to provide a solid oxide fuel cell having a thermally and mechanically stable structure.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 집전체는 내환원성 또는 내산화성 막으로 코팅되어 있기 때문에, 산화분위기에서 안정하며 금속 내부의 크롬 원소 휘발을 최소화시켜 공기극 경계면 또는 내면에서의 이차상 형성을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
In addition, since the current collector according to the embodiment of the present invention is coated with a reducing or oxidation resistant film, it is stable in an oxidizing atmosphere and minimizes chromium element volatilization in the metal to prevent secondary phase formation at the cathode interface or inner surface. There is an advantage that it can.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고체산화물 연료 전지의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 복수의 단위 전지를 포함하는 고체산화물 연료 전지의 구성을 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 고체산화물 연료 전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view showing the configuration of a solid oxide fuel cell including a plurality of unit cells according to an embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining a method of manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. In this specification, the terms first, second, etc. are used to distinguish one element from another, and the element is not limited by the terms.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
고체산화물 연료 전지Solid oxide fuel cell
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고체산화물 연료 전지의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 복수의 단위 전지를 포함하는 고체산화물 연료 전지의 구성을 나타내는 단면도이다.
1 is a cross-sectional view showing the configuration of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a solid oxide fuel cell including a plurality of unit cells according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 고체산화물 연료 전지(100)는 제1 전극(111), 전해질(113) 및 제2 전극(115)을 포함하는 단위전지(110), 및 단위전지(110)를 수용할 수 있도록 홈 형태로 형성되며 단위전지(110)와 접촉되는 면이 콜로게이트형상(corrugated)으로 형성된 단위전지 수용부(121), 및 단위전지 수용부(121)와 연결되어 소정의 두께를 가진 플레이트 형태로 형성되며 내부가 메시구조로 형성된 지지부(123)를 포함하는 집전체(120)를 포함할 수 있다.
As shown in FIG. 1, the solid
여기에서, 단위전지 수용부(121)의 홈은 수용되는 단위전지(110)의 외형에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
Here, the groove of the unit cell accommodating
또한, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 집전체(120)는 제2 전극(115)과 접촉될 수 있다.
In addition, as illustrated in FIG. 1, the
또한, 제1 전극(111)은 연료극, 제2 전극(115)은 공기극일 수 있다.In addition, the
여기에서, 제1 전극(111), 전해질(113) 및 제2 전극(115)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.Here, the
예를 들어, 제1 전극(111)은 NiO-YSZ(니켈옥사이드-이트리아 안정화 지르코니아), 전해질(113)은 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아), ScSZ(스칸디아 안정화 지르코니아, Scandia Stabilized Zirconia), 제2 전극(115)은 LSM(스트론튬 도핑된 란탄 망가나이트, Lanthanum Strontium Manganite)으로 이루어질 수 있다.
For example, the
또한, 집전체(120)는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
In addition, the
또한, 집전체(120)는 외면에 스피넬 구조(Spinel Structure)의 재질로 이루어진 코팅층(미도시)이 형성될 수 있다.In addition, the
상기 코팅층은 망간코발트옥사이드(Mn-Co-O4) 재질로 이루어질 수 있다.
The coating layer may be made of manganese cobalt oxide (Mn-Co-O 4 ) material.
또한, 고체산화물 연료 전지(100)는 집전체(120)로부터 노출된 단위전지(110)의 영역에 형성된 연결재(130)를 더 포함할 수 있다.In addition, the solid
이때, 연결재(130)는 단위전지(110) 중 연료극(111, 제1 전극)에서 생성한 음전류를 단위전지(110) 외부로 전달하기 위한 구성이다.
In this case, the
고체산화물 연료 전지의 내구성 저하에 가장 큰 영향을 미치는 부분이 산화분위기에서의 공기극 집전체이다.The most influential part of the durability reduction of a solid oxide fuel cell is a cathode current collector in an oxidizing atmosphere.
고체산화물 연료 전지의 저가격화를 위해 집전체의 소재는 스테인레스계 금속 재료를 일반적으로 적용하고 있는 실정이다. 하지만, 상기 스테인레스계 금속 재료들은 합금원소들이 함유되어 있어 고온 산화분위기에서 불안정하며 금속 내부의 원소들의 열확산 현상이 활발히 진행되어 접촉 또는 인접해 있는 재료들과 반응하여 이차상을 형성시킨다. 이러한 현상들은 내부 구조 변화를 일으켜 불안정한 구조로 성능 저하에 치명적인 영향을 일으킨다. 따라서, 고체산화물 연료 전지는 고온 작동용으로 재료들간의 반응을 최소화 시킬 수 있는 열적, 화학적으로 안정한 재료들의 구성이 중요하다.In order to reduce the cost of a solid oxide fuel cell, a current collector is generally made of a stainless metal material. However, since the stainless metal materials contain alloying elements, they are unstable in a high temperature oxidation atmosphere, and thermal diffusion of elements in the metal actively progresses to react with materials in contact or adjacent to form a secondary phase. These phenomena cause the internal structure to change, resulting in catastrophic effects on performance degradation. Therefore, solid oxide fuel cells are important for the construction of thermally and chemically stable materials that can minimize the reaction between materials for high temperature operation.
이에, 본 발명의 실시예에 의한 고체산화물 연료 전지는 공기극 금속 집전체를 산화 분위기에서 안정하며 금속 내부의 크롬 원소 휘발을 최소화시켜 공기극 경계면 또는 내면에서의 이차상 형성을 방지하기 위한 내산화성 및 고전도성 세라믹 코팅막을 집전체 표면 전체에 균일하게 코팅할 수 있다.Accordingly, the solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention is stable in the oxidizing atmosphere of the cathode metal current collector and minimizes chromium element volatilization in the metal to prevent oxidation and high resistance to prevent secondary phase formation at the cathode interface or inner surface. The conductive ceramic coating film can be uniformly coated on the entire surface of the current collector.
상기 세라믹 코팅막은 접촉되는 공기극과의 옴접촉을 가질 수 있는 페롭스카이트 구조 또는 스피넬 구조의 재질을 적용할 수 있다.The ceramic coating layer may be a material of a perovskite structure or spinel structure that may have an ohmic contact with the air electrode in contact.
예를 들어, 스피넬 구조의 재질로는 망간코발트옥사이드(Mn-Co-O4) 재질을 적용할 수 있다.For example, as the material of the spinel structure, manganese cobalt oxide (Mn-Co-O 4 ) may be applied.
상술한 바와 같이, 스피넬 구조의 재질을 이용하여 코팅층을 형성하기 때문에, 고체산화물 연료 전지는 고온 처리 시에도 집전체의 안정화 효과를 기대할 수 있는 것이다.
As described above, since the coating layer is formed using the material of the spinel structure, the solid oxide fuel cell can expect the stabilization effect of the current collector even at high temperature treatment.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 집전체는 공기극 표면에 접촉되는 콜로게이트형상의 단위전지 수용부와 단위전지 수용부와 일체형으로 형성된 메시 구조의 지지부를 포함할 수 있다.In addition, the current collector according to the embodiment of the present invention may include a colloid-shaped unit cell accommodating part in contact with the surface of the cathode and a support part of a mesh structure integrally formed with the unit cell accommodating part.
보다 상세히 설명하면, 본 발명의 실시예는 공기극 면과 접촉되는 집전체의 단위전지 수용부가 콜로게이트형상으로 하나의 와이어로 형성된 구조이고, 원통형 셀(단위전지) 전체를 지지하는 지지부의 와이어들이 서로 간에 겹쳐진 메시 구조의 몸체로 구성되는 것이다.In more detail, an embodiment of the present invention has a structure in which a unit cell accommodating portion of a current collector in contact with a cathode surface is formed of a single wire in the form of a colloid, and the wires of the supporting portions supporting the entire cylindrical cell (unit cell) are mutually different. It consists of a body of mesh structure superimposed on the liver.
상술한 구조로 인해, 본 발명의 실시예는 도 2에서 도시하는 바와 같이, 다수의 단위전지를 적용할 때의 스택 조립이 용이하며, 단위전지 간 연결 통로가 단축되어 컴팩트한 구조 설계가 가능할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.Due to the above-described structure, the embodiment of the present invention, as shown in Figure 2, it is easy to assemble the stack when applying a plurality of unit cells, the connection path between the unit cells can be shortened compact structure design can be possible You can expect the effect.
또한, 콜로게이트형상의 단위전지 수용부는 단위전지와 집전체 간의 접촉 저항을 개선시킬 수 있다는 장점이 있다.
In addition, the colloidal unit cell accommodating unit has an advantage of improving contact resistance between the unit cell and the current collector.
고체산화물 연료 전지의 제조방법Manufacturing method of solid oxide fuel cell
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 고체산화물 연료 전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
3 is a view for explaining a method of manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 집전체용 와이어를 준비할 수 있다(S101).First, a current collector wire can be prepared (S101).
상기 집전체용 와이어는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 집전체용 와이어로 구성된 집전체도 금속 재질로 이루어질 수 있다.
The current collector wire may be made of a metal material. Accordingly, the current collector made of the current collector wire may be made of a metal material.
다음, 집전체용 와이어에 코팅을 수행할 수 있다(S103).
Next, coating may be performed on the current collector wire (S103).
여기에서, 집전체용 와이어의 외면에 스피넬 구조(Spinel Structure)의 재질로 이루어진 코팅층을 형성할 수 있다.Here, a coating layer made of a spinel structure material may be formed on the outer surface of the current collector wire.
상기 코팅층은 망간코발트옥사이드(Mn-CoO4) 재질로 이루어질 수 있다.The coating layer may be made of manganese cobalt oxide (Mn-CoO 4 ) material.
이때, 코팅층은 습식코팅 또는 건식코팅을 통해 형성될 수 있다.At this time, the coating layer may be formed through wet coating or dry coating.
보다 상세히 설명하면, 집전체용 와이어에 전기도금을 실시하여 스피넬 구조의 재질로 이루어진 코팅층을 전면에 형성하는 것이다.In more detail, electroplating is performed on the current collector wire to form a coating layer made of a spinel structure material on the front surface.
본 발명의 실시예에서는 집전체용 와이어 상태에서 코팅을 수행하기 때문에, 이후 형성될 집전체 전체에 코팅층이 고루 형성될 수 있으며, 이로 인해 집전체의 안정화 능력을 더욱 향상시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
In the embodiment of the present invention, since the coating is performed in a wire state for the current collector, a coating layer may be uniformly formed on the entire current collector to be formed thereafter, and thus, the effect of improving the stabilization ability of the current collector may be expected. have.
다음, 도시하지 않았지만, 코팅된 집전체용 와이어에 열처리를 수행할 수 있다.Next, although not shown, heat treatment may be performed on the coated current collector wire.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 실시예에 의한 합성재료를 집전체에 코팅을 수행한 후, 일정한 온도, 산화 및 환원 분위기에서 각각 열처리를 수행하여 고밀도의 내산화성 막과 고전도성 스피넬 구조를 가지는 막을 형성하는 것이다. In more detail, after the composite material according to the embodiment of the present invention is coated on the current collector, heat treatment is performed at a constant temperature, oxidation, and reducing atmosphere to form a film having a high-density oxidation resistant film and a highly conductive spinel structure. To form.
즉, 코팅층은 소결공정을 거쳐 치밀화되는 것이다. 이때, 막 치밀화와 조성비 제어를 위한 최적의 소결 공정을 제어할 수 있다.
That is, the coating layer is densified through the sintering process. At this time, it is possible to control the optimal sintering process for film densification and composition ratio control.
다음, 집전체용 와이어를 가공하여, 단위전지(110)를 수용할 수 있도록 홈 형태로 형성되며 단위전지(110)와 접촉되는 면이 콜로게이트형상으로 형성된 단위전지 수용부(121), 및 단위전지 수용부(121)와 연결되어 소정의 두께를 가진 플레이트 형태로 형성되며 내부가 메시구조로 형성된 지지부(123)를 포함하는 집전체(120)를 형성할 수 있다(S105).Next, by processing the current collector wire, the unit cell
여기에서, 단위전지 수용부(121)의 홈은 수용되는 단위전지(110)의 외형에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
Here, the groove of the unit cell
또한, 도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 집전체(120)는 단위전지의 공기극과 접촉될 수 있다.
In addition, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the
보다 상세히 설명하면, 집전체(120)를 형성하는 방법은 집전체용 와이어를 이용하여 공기극에 접촉되는 면에 해당하는 단위전지 수용부(121)를 콜로게이트형상으로 형성한다.In more detail, in the method of forming the
또한, 지지부(123)는 집전체용 와이어를 이용하여 단위전지 수용부(121)에 연결된 소정 두께를 가진 플레이트 형태로 형성하되 내부를 메시구조로 형성한다.In addition, the
또한, 단위전지 수용부(121)와 지지부(123)를 단위전지의 형상과 크기에 대응되도록 프레스 할 수 있는 몰드를 제작한 후, 자동 펀칭을 통해 단위전지 수용부와 지지부를 일체형으로 제작한다.In addition, after manufacturing a mold capable of pressing the unit cell
상술한 집전체 형성 방법은 일 예에 해당하며, 이에 한정되지 않는다.The above-described current collector forming method corresponds to one example, but is not limited thereto.
예를 들어, 집전체용 와이어 각각을 접합하는 공정을 통해 집전체를 형성하는 것도 가능한 것이다.
For example, it is also possible to form an electrical power collector through the process of bonding each wire for electrical power collectors.
다음, 집전체(120)에 단위전지(110)를 실장할 수 있다(S107).
Next, the
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 고체산화물 연료 전지 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
Although the present invention has been described in detail with reference to specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the solid oxide fuel cell and its manufacturing method according to the present invention are not limited thereto, and within the technical spirit of the present invention, It is apparent that modifications and improvements are possible by those skilled in the art.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100 : 고체산화물 연료 전지
110 : 단위전지
111 : 제1 전극
113 : 전해질
115 : 제2 전극
120 : 집전체
121 : 단위전지 수용부
123 : 지지부
130 : 연결재100: solid oxide fuel cell
110: unit cell
111: first electrode
113: electrolyte
115: second electrode
120: current collector
121: unit cell accommodating part
123: Support
130: connecting member
Claims (14)
상기 단위전지를 수용할 수 있도록 홈 형태로 형성된 수용부와 상기 단위전지 수용부와 연결되어 소정의 두께를 가진 메시구조의 다공성 플레이트로 이루어진 지지부를 포함하는 집전체;를 구비하며,
상기 수용부는 상기 단위전지의 외형에 대응되게 콜로게이트 형상(corrugated)의 와이어로 형성되어 상기 단위전지를 접촉지지하는 고체산화물 연료 전지.
A unit cell including a first electrode, an electrolyte, and a second electrode;
And a current collector including a receiving part formed in a groove shape to accommodate the unit cell and a support part connected to the unit cell receiving part and made of a porous plate having a mesh structure having a predetermined thickness.
The accommodating part is formed of a corrugated wire corresponding to the external shape of the unit cell to support the unit cell.
상기 집전체는 상기 제2 전극과 접촉되는 고체산화물 연료 전지.
The method according to claim 1,
And the current collector is in contact with the second electrode.
상기 제2 전극은 공기극인 고체산화물 연료 전지.
The method according to claim 3,
And the second electrode is an air electrode.
상기 집전체는 금속 재질로 이루어진 고체산화물 연료 전지.
The method according to claim 1,
The current collector is a solid oxide fuel cell made of a metal material.
상기 집전체는,
외면에 스피넬 구조(Spinel Structure)의 재질로 이루어진 코팅층이 형성된 고체산화물 연료 전지.
The method according to claim 1,
The current collector,
A solid oxide fuel cell having a coating layer made of a spinel structure on its outer surface.
상기 코팅층은 망간코발트옥사이드(Mn-Co-O4) 재질로 이루어진 고체산화물 연료 전지.
The method of claim 6,
The coating layer is a solid oxide fuel cell made of manganese cobalt oxide (Mn-Co-O 4 ) material.
상기 집전체용 와이어에 코팅을 수행하는 단계;
상기 집전체용 와이어를 가공하여, 단위전지를 수용할 수 있도록 홈 형태로 형성되며 상기 단위전지의 외형에 대응되게 콜로케이트 형상의 와이어로 되어 있는 수용부와, 상기 단위전지 수용부와 연결되어 소정의 두께를 가진 메시구조의 다공성 플레이트로 이루어진 지지부를 포함하는 집전체를 형성하는 단계; 및
상기 집전체에 상기 단위전지를 실장하는 단계;를 포함하는 고체산화물 연료 전지의 제조방법.
Preparing a current collector wire;
Coating the current collector wire;
By processing the current collector wire, and formed in the groove shape to accommodate the unit battery, the receiving portion is made of a colloidal wire to correspond to the appearance of the unit battery, and connected to the unit battery receiving portion Forming a current collector comprising a support part made of a porous plate having a mesh structure having a thickness of; And
And mounting the unit cell on the current collector.
상기 집전체는 상기 단위전지의 공기극과 접촉되는 고체산화물 연료 전지의 제조방법.
The method according to claim 8,
The current collector is in contact with the cathode of the unit cell manufacturing method of a solid oxide fuel cell.
상기 집전체는 금속 재질로 이루어진 고체산화물 연료 전지의 제조방법.
The method according to claim 8,
The current collector is made of a metal oxide solid oxide fuel cell manufacturing method.
상기 집전체용 와이어에 코팅을 수행하는 단계는,
상기 집전체용 와이어의 외면에 스피넬 구조(Spinel Structure)의 재질로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계인 고체산화물 연료 전지의 제조방법.
The method according to claim 8,
Coating to the current collector wire,
Forming a coating layer made of a material of the spinel structure (Spinel Structure) on the outer surface of the current collector wire.
상기 코팅층은 망간코발트옥사이드(Mn-CoO4) 재질로 이루어진 고체산화물 연료 전지의 제조방법.
The method of claim 12,
The coating layer is a method of manufacturing a solid oxide fuel cell made of manganese cobalt oxide (Mn-CoO 4 ) material.
상기 코팅을 수행하는 단계 이후, 상기 집전체를 형성하는 단계 이전에,
상기 코팅된 집전체용 와이어에 열처리를 수행하는 단계;
를 더 포함하는 고체산화물 연료 전지의 제조방법. The method according to claim 8,
After the step of performing the coating, before the step of forming the current collector,
Performing heat treatment on the coated current collector wire;
Solid oxide fuel cell manufacturing method further comprising.
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| KR20030066042A (en) * | 2002-02-04 | 2003-08-09 | 한국에너지기술연구원 | Anode-supported tubular solid oxide fuel cell stack and fabrication method of it |
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-
2011
- 2011-11-30 KR KR1020110126807A patent/KR101321249B1/en not_active IP Right Cessation
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| Title |
|---|
| Russian Journal of Electrochemistry. Springer. 2009, Vol. 45, No. 5, pp. 520-526 * |
| Russian Journal of Electrochemistry. Springer. 2009, Vol. 45, No. 5, pp. 520-526* |
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| KR20130060640A (en) | 2013-06-10 |
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