KR101344695B1 - 전극 가스 채널 지지체, 및 내부 채널을 형성하는 방법 - Google Patents

전극 가스 채널 지지체, 및 내부 채널을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

고체 산화물 연료전지는 애노드층, 애노드층 위의 전해질층, 및 전해질층 위의 캐소드층을 포함하며, 애노드층과 캐소드층 중 적어도 하나에 의해 1개 이상의 가스 채널 한정되고, 가스 채널은 하나 이상의 지지체 구조를 포함한다. 지지체 구조는 I-빔, 아치, 길이 방향을 따라 홀들을 한정하는 관, 다공성 실린더, 또는 U자형 브레이스 횡단면 형태를 가질 수 있다. 지지체 구조는 전해질층에 가장 근접한 가스 채널의 일부분에서 개방될 수 있다.

Description

전극 가스 채널 지지체, 및 내부 채널을 형성하는 방법{ELECTRODE GAS CHANNEL SUPPORTS AND METHODS FOR FORMING INTERNAL CHANNELS}
관련 출원
본 출원은 2008년 12월 17일자로 출원된 미국 가출원 제61/203,085호의 이점을 주장한다.
상기 출원의 전체 교시를 본원에 참조로써 통합한다.
본 발명은 전극 가스 채널 지지체, 및 내부 채널을 형성하는 방법에 관한 것이다.
연료전지는 화학 반응에 의해 전기를 생성하는 소자이다. 다양한 연료전지 중에, 고체 산화물 연료전지는 금속(예컨대, 칼슘 또는 지그코늄) 산화물의 경질(hard) 세라믹 화합물을 전해질로서 이용한다. 통상, 고체 산화물 연료전지에서, 02와 같은 산소 가스는 캐소드(공기극)에서 산소 이온(O2 -)으로 환원되며, H2 가스와 같은 연료 가스는 애노드(연료극)에서 산소 이온과 함께 산화되어 물을 형성한다. 일반적으로 연료전지는 각각 캐소드, 애노드 및 캐소드와 애노드 사이의 고체 전해질을 포함하는 서브어셈블리들이 연속적으로 조립되어 스택으로서 설계되는데, 이때 한 서브어셈블리의 캐소드와 다른 서브어셈블리의 애노드 사이에는 전기적 연결재(interconnect)가 배치된다.
고체 산화물 연료전지(SOFC)의 효율은 어느 정도 캐소드 및 애노드 각각에서의 산소 및 연료의 분포에 따라 좌우된다. 통상 가스는 전극들(캐소드 및 애노드) 내부에 형성되어 있는 가스 채널에 의해 SOFC 스택에 전달된다. 가스 채널로의 외부 접근은 가스 채널에 연료와 산소를 공급하는 도관으로 기능하는 매니폴드에 의해 통상 제공된다. 가스 채널은 전극 구조에서 공극으로서 형성된 그린(생형체)(green)이거나, 또는 나중에 열처리할 때 제거되는 이탈성 가스 채널 성형기로 형성되는 그린일 수 있다. 고체 산화물 연료전지의 모든 층들을 원하는 특성 상태로 만들기 위해 필요한 추가 열처리 공정은 가스 채널로 의도되었던 공극을 파괴함으로써, 전극에 산소 또는 연료 전달을 감소시키며 결과적으로 연료전지의 효율성을 저하시킬 수 있다.
따라서, 가스 채널이 붕괴되는 것을 방지하기 위한 새로운 방법이 요구된다.
본 발명은 일반적으로 고체 산화물 연료전지, 및 고체 산화물 연료전지의 가스 채널 내부에 지지체 구조를 이용하는 고체 산화물 연료전지의 형성 방법에 관한 것이다.
일 구현예에서, 본 발명은 애노드층, 애노드층 위의 전해질층, 및 전해질층 위의 캐소드층을 포함하는 고체 산화물 연료전지이며, 애노드층과 캐소드층 중 적어도 하나에 의해 1개 이상의 가스 채널이 한정(define)되고, 가스 채널은 하나 이상의 지지체 구조를 가진다. 애노드층 또는 캐소드층은 다공성일 수 있다. 지지체 구조는 본질적으로 각 캐소드 또는 애노드와 동일한 조성을 지닐 수 있다. 지지체 구조는 비다공성이거나 다공성일 수 있다. 대안으로, 지지체 구조는 각 캐소드 또는 애노드의 조성과 상이한 조성을 지닐 수 있으며, 다공성이거나 비다공성일 수 있다. 다른 구현예들에 의하면, 지지체 구조는 I-빔, 아치, 길이 방향을 따라 홀(hole)들을 한정하는 관(tube), 다공성 실린더, 및 U자형 브레이스로 이루어진 군에서 선택되는 횡단면 형태를 가질 수 있다. 지지체 구조는 전해질층에 가장 근접한 채널의 일부분에서 개방될 수 있다. 지지체 구조는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 란타넘 스트론튬 티타네이트, 티타네이트, 알루미나, 지르코니아, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 대안으로, 지지체 구조는 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 및 란타넘 스트론튬 티타네이트로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 필수적으로 이루어질 수 있다. 지지체 구조는 NiO, YSZ, Y2O3, Al2O3, LSM, LSF, LSCF, 및 예컨대 Ba, Ca, Sr 및 Y 등의 양이온을 함유하는 티타네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 지지체 구조는 가스 채널의 상당부분을 충전한다. 다른 구현예에서, 애노드층 및 캐소드층 모두는 지지체 구조를 포함하는 채널을 한정한다.
다른 구현예에서, 본 발명은 평면을 가지며 1개 이상의 채널을 한정하는 그린(green) 전극층을 형성시켜 얻어지는 전극을 포함하는 고체 산화물 연료전지이며, 여기서 그린 전극층은 그린 전극의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함하며, 그린 전극의 소결시켜 고체 산화물 연료전지의 전극을 형성하고, 그린 전극의 소결로 인해 채널에 근접한 전극의 적어도 일부분이 다공성이 되며, 채널에 근접한 기공 형성제의 양은 소결 단계 동안에 전극의 기타 나머지 부분들보다 채널에 근접한 전극의 치수를 더 축소시킬 정도로 충분하고, 이로써 상대적으로 고농도의 기공 형성제에 근접한 전극 평면의 적어도 일부분이 상기 평면의 주 평면(major plane)으로부터 후퇴된다.
일 구현예에서, 본 발명은 고체 산화물 연료전지의 형성 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 1개 이상의 채널을 한정하는 그린 전극층을 형성하는 단계와, 그린 전극을 소결하여 고체 산화물 연료전지의 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 그린 전극은 채널에 근접하여 기공 형성제를 포함할 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 그린 전극은 그린 전극의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함함에 따라, 그린 전극을 소결하면 채널에 근접한 전극의 적어도 일부분이 다공성이 된다. 채널에 근접한 기공 형성제의 양은, 소결 단계 동안에 전극의 기타 나머지 부분들보다 채널에 근접한 전극의 치수를 더 축소시킬 정도로 충분할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 그린 전극은 평면을 가지고 있으며, 전극을 소결시킴으로써 상대적으로 고농도의 기공 형성제에 근접한 전극 평면의 적어도 일부분을 상기 평면의 주 평면으로부터 후퇴시킬 수 있다. 다른 구현예에서, 채널은 연료전지의 조립시 전극에 의해 완전히 한정되는 도관일 수 있거나, 또는, 대안으로, 채널은 그린 전극의 일 측면 상에서 개방된다. 상기 방법은 채널 위에 전극 물질로 된 오버레이층을 배치시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 오버레이층은 오버레이층의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함한다. 채널은 전극의 일 측면 상에서 개방될 수 있고, 상기 방법은 개방된 채널 위에 전극 물질로 된 오버레이층을 배치시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 오버레이층은 오버레이층의 기타 나머지 부분에서보다 개방된 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함한다. 일 구현예에 의하면, 기공 형성제의 양과 더불어 소결량에 따라 오버레이층이 적어도 채널에 근접한 곳에서 다공성으로 된다. 다른 구현예에 의하면, 충분히 소결시킴으로써, 더 높은 농도의 기공 형성제를 가진 오버레이층의 적어도 일부분을 상기 오버레이층 표면의 주 평면으로부터 후퇴시킨다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 복수의 보조전지를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 스택에 관한 것으로, 각 보조전지는 애노드층; 애노드층 위의 전해질층; 전해질층 위의 캐소드층; 캐소드에 형성되며 전해질층에서 멀리 떨어진 제1 본딩층(bonding layer); 제1 본딩층에 형성된 연결재층; 및 연결재층에 형성되며, 스택의 한 보조전지의 제1 본딩층에서는 멀리 떨어져 있되 스택의 인접 보조전지의 애노드층에는 인접한 제2 본딩층을 포함하고, 애노드층과 캐소드층 중 적어도 하나는 1개 이상의 가스 채널을 한정하며, 가스 채널에는 적어도 하나의 지지체 구조가 포함된다.
본 발명의 장점은, 본 발명에 따른 지지체 구조를 사용함으로써, 전지의 각 전극을 통과하는 높은 연료 및 산소 가스 유량으로 인해 가스 채널이 붕괴되는 것을 방지하여 고체 산화물 연료전지의 작동효율을 높이는 것이다. 본 발명은 고체 산화물 연료전지(S0FC) 시스템에 사용될 수 있다. SOFC는 저방출 및 저소음 작동을 통해 높은 효율로 전기를 생성한다는 가능성을 제공한다. 이들 시스템은 또한 전기 효율, 열병합발전 효율 및 연료처리 단순성의 유리한 조합을 만드는 것으로 보여진다. SOFC가 쓰이는 한 예로는 주택 또는 다른 건물 내에서다. SOFC는 천연가스와 같은 가정 난방용으로 사용되는 동일한 연료를 사용할 수 있다. SOFC 시스템은 가정에 전력 공급을 위한 전기를 생성하도록 장기간 동안 작동될 수 있으며, 초과량의 전기가 생성된 경우에는 이를 전력 그리드에 판매가능하다. 또한, SOFC 시스템에서 생성된 열을 사용하여 가정에 온수를 제공할 수 있다. SOFC는 전력 서비스에 대한 신뢰성이 낮거나 전력 서비스가 존재하지 않는 지역에서 특히 유용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지의 개략도이다.
도 2a는 I-빔 지지체 구조가 구비된 본 발명에 따른 연료전지 부품의 개략도이다.
도 2b는 아치형 지지체 구조가 구비된 본 발명에 따른 연료전지 부품의 개략도이다.
도 2c는 U자형 지지체 구조가 구비된 본 발명에 따른 연료전지 부품의 개략도이다.
도 2d는 가스 채널의 상당부분을 충전하는 지지체 구조가 구비된 본 발명에 따른 연료전지 부품의 개략도이다.
도 2e는 길이 방향을 따라 홀들을 한정하는 관 형태의 지지체 구조가 구비된 본 발명에 따른 연료전지 부품의 개략도이다.
도 2f는 다공성 관 형태의 지지체 구조가 구비된 본 발명에 따른 연료전지 부품의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 개략도이다.
도 4는 고체 산화물 연료전지 부품의 예시도이다.
도 5는 가스 채널들을 포함하는 고체 산화물 연료전지 부품의 예시도이다.
첨부된 도면들에 도시된 바와 같이, 하기의 본 발명의 바람직한 구현예들의 보다 상세한 설명에 의해 전술한 내용이 명백해질 것이며, 이때 상이한 도면들 전반에 걸쳐서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 가리킨다. 이들 도면이 반드시 규모면에서 비례적인 것은 아니며, 그 대신 본 발명의 구현예들을 예시하는 데에 중점을 두었다. 본원에 인용되는 모든 특허, 공개된 출원 및 참조 문헌들의 교시 전체를 참조로써 통합한다.
일 구현예에서, 본 발명은 애노드층, 애노드층 위의 전해질층, 및 전해질층 위의 캐소드층을 포함하는 고체 산화물 연료전지이며, 애노드층과 캐소드층 중 적어도 하나는 1개 이상의 가스 채널을 한정하고, 가스 채널에는 적어도 하나의 지지체 구조가 포함된다. 도 1은 본 발명의 연료전지(10)를 나타낸다. 연료전지(10)는 전해질(12), 애노드(14), 및 캐소드(16)를 포함한다. 보통, 애노드(14) 전극 및 캐소드(16) 전극은 다공성이다. 연료전지(10)에서, 애노드(14)의 적어도 일부는 연료 가스 공급원(예컨대 수소(H2) 가스 또는 애노드(14)의 제자리에서 H2 가스로 전환될 수 있는 천연가스)과 유동 소통을 이루는 복수의 제1 가스 채널(18) 중 1개 이상을 한정한다. 캐소드(16)의 적어도 일부는 산소 가스 공급원(예컨대 공기)과 유동 소통을 이루는 복수의 제2 가스 채널(20) 중 1개 이상을 한정한다. 제1 가스 채널(18) 및 제2 가스 채널(20)의 적어도 한 세트, 바람직하게는 가스 채널 양쪽 모두의 세트는 I-빔으로 도시된 지지체 구조(22)들을 포함한다. 지지체 구조(22)들은 본질적으로 각각의 캐소드 또는 애노드와 동일한 조성을 가지거나, 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 지지 구조체(22)는 다공성이거나 또는 비다공성일 수 있다.
도 2a 내지 도 2F는 지지체 구조(22)의 여러 형태에 대한 예를 보여주고 있으며, 그 중 도 2a는 I-빔, 도 2b는 아치형, 도 2c는 U자형 브레이스, 도 2e는 길이 방향을 따라 홀들을 한정하는 관 형태, 도 2F는 다공성 실린더를 보여준다. 도 2a 내지 도 2d는 명확성을 위해 전해질(12)과, 캐소드(16) 내부에 형성되어 있는 지지체 구조(22)들만 나타내고 있지만, 해당 지지체 구조(22)들은 애노드(14) 내부에도 형성될 수 있다. 지지체 구조(22)는 도 2d에 도시된 바와 같이 가스 채널의 상당부분을 충전할 수 있다. 도 2b 및 도 2c에 예시된 바와 같이, 지지체 구조(22)는 전해질(12)에 가장 근접한 채널의 일부분에서 개방될 수 있다.
예를 들어 전체 교시가 본원에 참조로써 통합된 "High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications,"pp. 149-169, Dinghal, et al. Ed., Elsevier Ltd. (2003)에 기재된 바와 같이, 당해 기술분야에 공지된 임의의 적합한 애노드 재료를 본 발명의 애노드(14)용으로 사용할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 애노드(14)는 니켈(Ni) 서메트를 포함한다. 본원에 사용되는 바와 같이, "Ni 서메트"란 어구는 약 20 중량% 내지 70 중량%의 Ni을 함유하는 세라믹 금속 복합재를 의미한다. Ni 서메트의 예로는, Ni, 란타넘 스트론튬 티타네이트(LST), 및 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)(예컨대, 약 15 중량%의 Y2O3를 함유하는 ZrO2)를 포함하는 재료와; Ni 및 Y-지르코니아 또는 Sc-지르코니아를 포함하는 재료가 있다. 애노드 재료의 추가적 예로 산화세륨이 있다. Ni 서메트의 특정예는 67 중량%의 Ni 및 33 중량%의 YSZ를 포함한다.
예를 들어 전체 교시가 본원에 참조로써 통합된 "High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications,"pp. 119-143, Dinghal, et al. Ed., Elsevier Ltd. (2003)에 기재된 바와 같이, 당해 기술분야에 공지된 임의의 적합한 캐소드 재료를 본 발명의 캐소드(16)용으로 사용할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 캐소드(16)는 La-망간네이트(예컨대, La1-aMnO3, 식 중"a"는 0 이상 0.1 이하임) 또는 La-페라이트에 기초한 재료를 포함한다. 보통, La-망간네이트 또는 La-페라이트에 기초한 재료는 1종 이상의 적합한 도펀트(이를테면, Sr, Ca, Ba, Mg, Ni, Co 또는 Fe)로 도핑된다. La-망간네이트에 기초한 도핑된 재료의 예로는 LaSr-망간네이트(LSM) (예컨대, La1 - kSrkMnO3, 식 중 k는 0.1 이상 0.3 이하이고, (La + Sr)/Mn는 약 1.0 내지 약 0.95(몰비) 범위 내에 속함) 및 LaCa-망간네이트 (예컨대, La1 - kCakMnO3, 식 중 k는 0.1 이상 0.3 이하이고, (La + Ca)/Mn는 약 1.0 내지 약 0.95(몰비) 범위 내에 속함)가 포함된다. La-페라이트에 기초한 도핑된 재료의 예로는 LaSrCo-페라이트(LSCF) (예컨대, La1 - qSrqCo1 - jFejO3, 식 중 각 q 및 j는 독립적으로 0.1 이상 0.4 이하이고, (La+Sr)/(Fe+Co)는 약 1.0 내지 약 0.95(몰비) 범위 내에 속함)가 포함된다. 특정의 일 구현예에 의하면, 캐소드(16)는 LaSr-망간네이트(LSM) (예컨대, La1 - kSrkMnO3) 및 LaSrCo-페라이트(LSCF) 중 하나 이상을 포함한다. 일반적 예로는
Figure 112011053219680-pct00001
(식 중
Figure 112011053219680-pct00002
는 0 이상 0.3 이하임) 및 La0 .6Sr0 .4Co0 .2Fe0 .8O3이 포함된다.
보통, 애노드 전극(14) 및 캐소드 전극(16) 각각의 두께는, 독립적으로, 약 0.5mm 내지 약 2mm 범위 내에 속한다. 특히, 애노드 전극(14) 및 캐소드 전극(16) 각각의 두께는, 독립적으로, 약 1mm 내지 약 2mm 범위 내에 속한다.
애노드(14)와 캐소드(16) 사이에는 고체 전해질(12)이 위치한다. 그 전체 교시가 본원에 참조로써 통합된 "High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications,"pp. 83-112, Dinghal, et al. Ed., Elsevier Ltd. (2003)에 기재된 것과 같은, 당해 기술분야에 공지된 임의의 적합한 고체 전해질을 본 발명에서 사용할 수 있다. 이들 예에는 YSZ, 란타넘 스트론튬 망간네이트(LSM), ZrO2에 기초한 물질, 예컨대 Sc2O3-도핑된 ZrO2, Y2O3-도핑된 ZrO2, 및 Yb2O3-도핑된 ZrO2; CeO2 에 기초한 물질, 예컨대 Sm2O3-도핑된 CeO2, Gd2O3-도핑된 CeO2, Y2O3-도핑된 CeO2 및 CaO-도핑된 CeO2; Ln-갈레이트에 기초한 물질(Ln = 란탄족, 이를테면 La, Pr, Nd 또는 Sm), 예컨대 Ca, Sr, Ba, Mg, Co, Ni, Fe 또는 이들의 혼합물이 도핑된 LaGaO3(예컨대, La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3, La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3, La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3, LaSrGaO4, LaSrGa3O7 또는 La0.9A0.1GaO3 (A = Sr, Ca 또는 Ba); 및 이들의 혼합물이 포함된다. 기타 예로는 도핑된 이트륨-지르콘산염 (예컨대, YZr2O7), 도핑된 가돌리늄-티타네이트(gadolinium-titanate)(예컨대, Gd2Ti2O7) 및 브라운밀러라이트(brownmillerites)(예컨대, Ba2In2O6 or Ba2In2O5)가 포함된다. 특정의 일 구현예에서, 전해질(12)은 8 몰%의 Y2O3이 도핑된 ZrO2(즉, 8 몰%의 Y2O3-도핑된 ZrO2)를 포함한다.
보통, 고체 전해질(12)의 두께는 약 5㎛ 내지 약 50㎛범위 내에 속하며, 예를 들자면 약 5㎛ 내지 약 20㎛, 더 바람직하게는 약 5㎛ 내지 약 1㎛이다. 대안으로, 고체 전해질(12)의 두께는 약 20㎛ 내지 약 500㎛, 더 바람직하게는 약 100㎛ 내지 약 500㎛ 일 수 있다. 약 100㎛를 초과하는 두께를 가진 고체 전해질(12)이 이용되는 구현예에서, 고체 전해질(12)은 연료전지(10)에 대한 구조적 지지를 제공한다.
일 구현예에 의하면, 지지체 구조(22)는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 란타넘 스트론튬 티타네이트, 티타네이트, 알루미나, 지르코니아, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 지지체 구조는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 란타넘 스트론튬 티타네이트, 티타네이트, 알루미나, 지르코니아, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 필수적으로 이루어진다. 대안으로, 지지체 구조(22)는 산화니켈(NiO), 이트리아-안정화 지르코니아(YSZ), 이트리아(Y2O3), 알루미나(Al2O3), 란타넘 스트론튬 망간네이트(LSM), 란타넘 스트론튬 페라이트(LSF), 란타넘 스트론튬 코발타이트 페라이트(LSCF), 및 예컨대 Ba, Ca, Sr, 및 Y 등의 양이온을 함유하는 티타네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 지지체 구조는 전술된 해당 캐소드 또는 애노드 재료와 동일한 재료로 만들어질 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명은 평면을 가지며 1개 이상의 채널을 한정하는 그린 전극층을 형성시켜 얻어지는 전극을 포함하는 고체 산화물 연료전지이며, 여기서 그린 전극층은 그린 전극의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함하며, 그린 전극의 소결시켜 고체 산화물 연료전지의 전극을 형성하고, 그린 전극의 소결로 인해 채널에 근접한 전극의 적어도 일부분이 다공성이 되며, 채널에 근접한 기공 형성제의 양은 소결 단계 동안에 전극의 기타 나머지 부분들보다 채널에 근접한 전극의 치수를 더 축소시킬 정도로 충분하며, 이로써 상대적으로 고농도의 기공 형성제에 근접한 전극 평면의 적어도 일부분이 상기 평면의 주 평면으로부터 후퇴된다. 기공 형성제는 예를 들어 흑연분말을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명은 고체 산화물 연료전지의 형성 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 1개 이상의 채널을 한정하는 그린 전극층을 형성하는 단계와, 그린 전극을 소결하여 고체 산화물 연료전지의 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 그린 전극은 채널에 근접하여 기공 형성제를 포함할 수 있다. 기공 형성제는 예를 들어 흑연분말을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 그린 전극은 그린 전극의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함함에 따라, 그린 전극을 소결하면 채널에 근접한 전극의 적어도 일부분이 다공성이 된다. 채널에 근접한 기공 형성제의 양은, 소결 단계 동안에 전극의 기타 나머지 부분들보다 채널에 근접한 전극의 치수를 더 축소시킬 정도로 충분할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 그린 전극은 평면을 가지고 있으며, 전극을 소결시킴으로써 상대적으로 고농도의 기공 형성제에 근접한 전극 평면의 적어도 일부분을 상기 평면의 주 평면으로부터 후퇴시킬 수 있다. 다른 구현예에서, 채널은 연료전지의 조립시 전극에 의해 완전히 한정되는 도관일 수 있거나, 또는, 대안으로, 채널은 그린 전극의 일 측면 상에서 개방된다. 상기 방법은 채널 위에 전극 물질로 된 오버레이층을 배치시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 오버레이층은 오버레이층의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함한다. 채널은 전극의 일 측면 상에서 개방될 수 있고, 상기 방법은 개방된 채널 위에 전극 물질로 된 오버레이층을 배치시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 오버레이층은 오버레이층의 기타 나머지 부분에서보다 개방된 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함한다. 일 구현예에 의하면, 기공 형성제의 양과 더불어 소결량에 따라 오버레이층이 적어도 채널에 근접한 곳에서 다공성으로 된다. 다른 구현예에 의하면, 충분히 소결시킴으로써, 더 높은 농도의 기공 형성제를 가진 오버레이층의 적어도 일부분을 상기 오버레이층 표면의 주 평면으로부터 후퇴시킨다
다른 구현예에서, 본 발명은 고체 산화물 연료전지 전구체의 성형 방법이며, 상기 방법은 하나의 채널을 한정하는 그린 애노드층 또는 그린 캐소드층을 초벌구이(bisque-firing)하는 단계를 포함한다. 지지체 구조는 그린 애노드층 또는 그린 캐소드층 채널 내부에 있을 수 있다. 지지체 구조는 다공성일 수 있다. 지지체 구조는 이탈성 재료로 만들어질 수 있으며, 이로써 지지체 구조는 그린 애노드층 또는 그린 캐소드층의 초벌구이 동안에 소산되거나, 지지체 구조는 용해 또는 승화에 의해 제거가능하거나, 지지체 구조는 물리적으로 제거될 수 있다. 대안으로는, 초벌구이가 지지체 구조를 생성함에 따라 지지체 없이 채널을 제조할 수 있다.
캐소드층 또는 애노드층 내부에 채널 또는 통로를 형성하는데 사용가능한 다양한 재료들(예를 들어, 섬유)이 있다. 일반적으로, 재료를 선택하는데 있어서 유일한 제한은 소성 공정 도중에 재료가 연소하거나 또는 연료전지로부터 탈기체화될 수 있고, 재료가 세라믹 입자와 반응을 하지 않는다는 것이다. 이들 두 조건은 유기계 물질을 통해 적절히 충족된다. 따라서, 섬유는 면, 인피섬유(bast fiber, cordage fiber), 또는 동물성 섬유(예컨대, 울) 같은 천연섬유이거나; 또는 재생 셀룰로오스, 셀룰로오스 디아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리비닐, 폴리올레핀 수지, 탄소 또는 흑연섬유, 또는 액정 폴리머 같은 합성섬유일 수 있다. 대안으로, 섬유는 합성고무, 열가소성 물질 또는 폴리비닐 같은 바인더 재료를 충분한 길이로 압출한 것, 및 글리콜과 프탈레이트기 같은 가소재 물질을 충분한 길이로 압출한 것일 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 이러한 재료는 스파게티 같은 파스타일 수 있다. 용해 또는 승화에 의해 제거시키는데 적합한 이탈성 재료의 예로는 캠펜(camphene)(바이사이클릭 모노테르펜) 및 얼음(H2O)이 포함된다. 초벌구이는 대기 중에서 약 1200℃ 내지 약 1500℃의 온도, 바람직하게는 약 1350℃에서의 열처리를 포함할 수 있다. 이들 채널은 직선형이거나, 또는 평면에서나 입체적으로 비선형 통로를 한정할 수 있다.
지지체 구조는 I-빔, 아치, 길이 방향을 따라 홀들을 한정하는 관, 다공성 관, 다공성 실린더, 및 U자형 브레이스로 이루어진 군에서 선택되는 횡단면 형태를 가질 수 있다. 지지체 구조는 전해질층에 가장 근접한 채널의 일부분에서 개방될 수 있다. 일 구현예에서, 지지체 구조는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 란타넘 스트론튬 티타네이트, 티타네이트, 알루미나, 지르코니아, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함한다. 다른 구현예에서, 지지체 구조는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 란타넘 스트론튬 티타네이트, 티타네이트, 알루미나, 지르코니아, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 필수적으로 이루어진다. 지지체 구조는 해당 캐소드 또는 애노드 재료와 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 일 구현예에서, 지지체 구조는 가스 채널의 상당부분을 충전한다. 지지체 구조는 NiO, YSZ, Y2O3, Al2O3, LSM, LSF, LSCF, 및 예컨대 Ba, Ca, Sr 및 Y 등의 양이온을 함유하는 티타네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 대안으로, 지지체 구조는 NiO, YSZ, Y2O3, Al2O3, LSM, LSF, LSCF, 및 예컨대 Ba, Ca, Sr 및 Y 등의 양이온을 함유하는 티타네이트의 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 애노드층 및 캐소드층 둘 다 지지체 구조를 포함하는 채널을 한정한다.
본 발명의 방법은 초벌구이된 층을 그린 기능성층 위에 배치하는 단계와, 결합된 층들을 소성시켜 채널층 및 다공성 기능성층을 구비하는 캐소드 또는 애노드를 형성하는 단계를 포함한다. 일 구현예에 의하면, 그린 캐소드층 및 그린 애노드층 둘 다 초벌구이되며, 상기 방법은 예비소결된 스택을 조립하는 단계를 더 포함하며, 이러한 조립은 초벌구이된 애노드층을 그린 애노드 기능성층 위에 배치하고, 초벌구이된 캐소드층을 그린 캐소드 기능성층 위에 배치하는 방식으로 이루어진다. 다른 구현예에서, 상기 방법은 초벌구이된 애노드층과 그린 애노드 기능성층, 그린 애노드 기능성층에 형성되는 그린 전해질층, 그린 전해질층에 형성되는 초벌구이된 캐소드층과 그린 캐소드 기능성층, 및 초벌구이된층에 형성되는 연결재층을 포함하는 적층체(laminate)를 조립하는 단계를 더 포함한다. 이렇게 얻은 적층체를 소성시켜 고체 산화물 연료전지를 형성할 수 있으며, 또한 대안으로, 상기 방법은 둘 이상의 적층체를 조립하고 소성시켜 고체 산화물 연료전지의 스택을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 적층체를 충분히 소성시킴으로써 기능성층들이 다공성 상태를 갖도록 할 수 있다.
일 구현예에 의하면, 적층체를 열간프레스할 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 지지체 구조는 1개 이상의 채널의 적어도 일부분 내부에 있을 수 있다. 일 구현예에서, 지지체 구조는 이탈성 재료로 만들어 짐으로써, 지지체 구조는 그린 애노드층 또는 그린 캐소드층의 초벌구이 동안에 소산된다. 이탈성 재료의 예로는 흑연 및 흑연/폴리머 혼합물이 포함된다. 다른 구현예에서, 지지체 구조는 용해되어 제거된다. 또 다른 구현예에서, 지지체 구조는 승화에 의해 제거된다. 용해 또는 승화에 의해 제거시키는데 적합한 이탈성 재료의 예로는 캠펜(바이사이클릭 모노테르펜) 및 얼음(H2O)이 포함된다.
일 구현예에서는, 지지체 구조가 물리적으로 제거된다. 지지체 구조는 I-빔, 아치, 길이 방향을 따라 홀들을 한정하는 관, 다공성 실린더, 및 U자형 브레이스로 이루어진 군에서 선택되는 횡단면 형태를 가질 수 있다. 일 구현예에 의하면, 지지체 구조는 다공성일 수 있다. 다른 구현예에 의하면, 지지체 구조는 전해질층에 가장 근접한 채널의 일부분에서 개방될 수 있다. 일 구현예에서, 지지체 구조는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 란타넘 스트론튬 티타네이트, 티타네이트, 알루미나, 지르코니아, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 지지체 구조는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아, 란타넘 스트론튬 망간네이트, 란타넘 스트론튬 티타네이트, 티타네이트, 알루미나, 지르코니아, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 필수적으로 이루어진다. 지지체 구조는 해당 캐소드 또는 애노드 재료와 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 일 구현예에서, 지지체 구조는 가스 채널의 상당부분을 충전한다. 지지체 구조는 NiO, YSZ, Y2O3, Al2O3, LSM, LSF, LSCF, 및 예컨대 Ba, Ca, Sr 및 Y 등의 양이온을 함유하는 티타네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 대안으로, 지지체 구조는 NiO, YSZ, Y2O3, Al2O3, LSM, LSF, LSCF, 및 예컨대 Ba, Ca, Sr 및 Y 등의 양이온을 함유하는 티타네이트의 혼합물을 포함할 수 있다.
지지체 구조는 애노드 분말 및 캐소드 분말의 슬러리를 수성 테이프 캐스팅하여 제조될 수 있다. 아크릴계 바인더 시스템(WB4101, 캘리포니아주 비스타에 소재한 Polymer Innovations, Inc.)은 건조 분말을 기준으로 10 중량%의 수준으로 사용되었다. 시트는 대략 350 마이크론의 두께로 테이프 캐스팅할 수 있다. 그런 후에는, 바람직한 구현예들에 따라, 테이프 캐스팅된 시트를 두 형태로 절삭하였다: 도 4에 도시된 바와 같이, 길이 및 폭의 치수가 55mm인 솔리드 정사각형과; 도 5에 도시된 바와 같이, 등가의 외부 치수들을 갖는 정사각형이되, 재료를 제거하여 각각이 약 1.3mm의 폭과 약 50mm의 길이를 가진 13개의 평행 슬릿을 생성하였다. 대안으로는, 2개의 솔리드 정사각형에 패턴을 엠보싱할 수 있다. 그런 후에는 시트들의 가장자리를 잘 정렬하고 수직방향으로 적층시켜 내부 공동부(internal cavity)를 생성한다. 일 구현예에 서는, 예컨대 정사각형, 직사각형 또는 타원형 등의 임의의 적합한 형태를 갖는 2개의 솔리드 시트를 함께 위치시킨 후에 5개의 채널 절삭 시트로, 폭이 약 1.3mm이고 깊이가 약 1.4mm인 13개의 함몰부를 효과적으로 생성한다. 이어서, 이탈성 로드(예컨대, Pentel사의 직경 1.3mm의 HB 연필심)를 적층 시트들 내부에 형성된 공동부 각각에 배치하였다. 2개의 솔리드 시트를 위에 배치하여 공동부를 덮었다. 시트들의 스택을 약 300℉의 온도 및 약 3,000 psi의 압력에서 열간 프레스로 함께 적층하였다. 그 결과로 형성된 부분을 열처리하여 바인더와 이탈성 채널 성형제(fugitive channel former)를 제거하고 세라믹 분말을 부분적으로 소결하였다. 온도 분포의 한 예를 아래의 표 1에 열거하였다. 바인더와 이탈성 채널 성형제를 제거하기 위해 실온으로부터 675℃까지 분포되는 온도 부분이 사용되는 한편 나머지 온도 분포는 세라믹 재료의 강도를 개선시킨다.
Figure 112011053219680-pct00003
또 다른 구현예에서, 본 발명은 복수의 보조전지를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 스택에 관한 것으로, 각 보조전지는 애노드층; 애노드층 위의 전해질층; 전해질층 위의 캐소드층; 캐소드에 형성되며 전해질층에서 멀리 떨어진 제1 본딩층; 제1 본딩층에 형성된 연결재층; 및 연결재층에 형성되며, 스택의 한 보조전지의 제1 본딩층에서는 멀리 떨어져 있되 스택의 인접 보조전지의 애노드층에는 인접한 제2 본딩층을 포함하고, 애노드층과 캐소드층 중 적어도 하나는 1개 이상의 가스 채널을 한정하며, 가스 채널에는 적어도 하나의 지지체 구조가 포함된다. 도 3은 복수의 보조전지(32)를 포함하는 고체 산화물 연료전지(10)의 스택(30)를 도시하고 있으며, 각 보조전지(32)는 애노드층(14); 애노드층(14) 위의 전해질층(12); 전해질층(12) 위의 캐소드층(16); 캐소드층(16)에 형성되며 전해질층(12)에서 멀리 떨어진 제1 본딩층(24); 제1 본딩층(24)에 형성된 연결재층(26); 및 연결재층(26)에 형성되며, 스택(30)의 한 보조전지(32)의 제1 본딩층(24)에서는 멀리 떨어져 있는 제2 본딩층(28)을 포함하며, 이때 적어도 하나의 전극, 바람직하게는 애노드층(14) 및 캐소드층(16) 모두, 적어도 하나의 지지체 구조(22)를 포함하는 1개 이상의 가스 채널(18)을 한정한다.
연료전지 스택(30)은 전지(10)들 사이에 연결재층(26)을 더 포함한다. 연결재층으로 사용되기에 적합한 것으로 공지된 임의의 재료를 사용할 수 있다. 적합한 연결재층의 예에는 크로미늄 재질의 것이 있으며, 도핑된 희토류 크로마이트 같은 희토류 원소가 더 포함될 수 있다. 일 구현예에서, 연결재층(26)은 란타넘, 스트론튬, 칼슘, 코발트, 갈륨, 이트리아, 티타네이트 및 마그네슘 중 1종 이상을 포함한다. 다른 특정 구현예에서, 연결재층은 예컨대 LaSrCrO3, LaMgCrO3, LaCaCrO3, YCrO3, LaCrO3, LaCoO3, CaCrO3, CaCoO3, LaNiO3, LaCrO3, CaNiO3 및 CaCrO3 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 연결재층(26)은, 2007년 12월 27일자에 출원되었으며 그 전체교시가 본원에 참조로써 통합된, "Bilayer Interconnects For Solid Oxide Fuel Cells,"표제의 미국 특허출원 제12/005,656호에 기재된 바와 같이 2개의 층을 포함할 수 있다.
제1 본딩층(24) 및 제2 본딩층(28)의 조성은 어느 주어진 구현예에서든 서로 별개일 수 있다. 적합한 제1 본딩층의 예로는 LSM, 란타넘 세륨 망간네이트, 및 란타넘 스트론튬 니켈을 함유하는 층들이 포함된다. 적합한 제2 본딩층의 예로는 니켈-YSZ, 니켈-LST, 니켈-펠트(nickel-felt), 및 니켈 메쉬(nickel mesh)를 함유하는 층들이 포함된다.
실시예
열분해가능한(pyrolizable) 채널 성형제를 함유하는 벌크 애노드 및 캐소드 재료들을 약 1350℃까지 약 1시간 동안 초벌구이하여, 가스 채널 지지체 영역을 생성하였다. 그런 후에는 이들 영역을 애노드 기능성층, 전해질 및 캐소드 기능성층이 함유된 3-층 적층체의 상부 및 하부에 배치하였다. 이어서 전체 전지를 열처리함으로써, 예비소결된 전극들을 전지의 나머지 부분에 충분히 접착시키고 전해질을 이론적 밀도의 약 95%가 넘게 소결시킨다. 평균 가스 채널 개구부의 크기와 함께, 가스 채널 지지체 영역 없이 표준 가공법을 이용하여 제조된 샘플에 대한 가스 채널 개구부의 크기를 아래 표 2에 제공하였다. 개시된 방법을 이용한 결과, 전지의 면적비저항(ASR)에는 영향을 미치지 않지만 가스 채널이 현저하게 커졌다. 이는 초벌구이된 전극 부품들을 소성처리 되지 않은 부품들에 접착하는 과정에서 접촉저항이 유도되지 않았다는 점에서 중요하다. 또한, 개구 면적의 증가로 인해 전기화학적 시험시 역압력(back pressure)이 훨씬 감소된다.
Figure 112011053219680-pct00004
이상에서는 특히 바람직한 실시예들을 참조로 본 발명을 도시하고 또한 설명하였으나, 당해 기술분야의 숙련자라면 첨부된 특허청구범위에 포함되는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 형태 및 상세설명에서 다양한 변형 실시가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (24)

  1. a) 애노드층과;
    b) 애노드층 위의 전해질층과;
    c) 전해질층 위의 캐소드층을 포함하고,
    상기 애노드층과 상기 캐소드층 중 적어도 하나에 의해 1개 이상의 가스 채널이 한정되고, 가스 채널은 하나 이상의 지지체 구조를 가지는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 애노드층 또는 캐소드층은 다공성인 것인, 고체 산화물 연료전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지지체 구조는 다공성인 것인, 고체 산화물 연료전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지체 구조는 각 캐소드 또는 애노드와 상이한 조성을 갖는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 지지체 구조는 I-빔, 아치, 길이 방향을 따라 홀들을 한정하는 관, 다공성 실린더, 및 U자형 브레이스로 이루어진 군에서 선택되는 횡단면 형태를 갖는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 지지체 구조는 전해질층에 가장 근접한 채널의 일부분에서 개방되는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  7. 제5항에 있어서, 상기 지지체 구조는 니켈, 산화니켈, 이트리아-안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia), 란타넘 스트론튬 망간네이트(lanthanum strontium manganate), 란타넘 스트론튬 티타네이트(lanthanum strontium titanate), 티타네이트(titanate), 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia), 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  8. 제4항에 있어서, 상기 지지체 구조는 가스 채널을 충전하는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 지지체 구조는 산화니켈(NiO), 이트리아-안정화 지르코니아(YSZ), 이트리아(Y2O3), 알루미나(Al2O3), 란타넘 스트론튬 망간네이트(LSM), 란타넘 스트론튬 페라이트(lanthanum strontium ferrite; LSF), 란타넘 스트론튬 코발타이트 페라이트(lanthanum strontium cobaltite ferrite; LSCF), 및 양이온을 함유하는 티타네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 지지체 구조는 NiO, YSZ, Y2O3, Al2O3, LSM, LSF, LSCF, 및 양이온을 함유하는 티타네이트의 혼합물을 포함하는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 애노드층 및 상기 캐소드층 모두는 지지체 구조를 포함하는 채널을 한정하는 것인, 고체 산화물 연료전지.
  12. a) 평면을 가지며 1개 이상의 채널을 한정하는 그린 전극층을 형성하는 단계로서, 그린 전극층은 그린 전극의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함하는, 상기 그린 전극층 형성 단계와;
    b) 그린 전극을 소결시켜 고체 산화물 연료전지의 전극을 형성하는 단계로서, 그린 전극의 소결로 인해 채널에 근접한 전극의 적어도 일부분이 다공성이 되며, 채널에 근접한 기공 형성제의 양은 소결 단계 동안에 전극의 기타 나머지 부분들보다 채널에 근접한 전극의 치수를 더 축소시킬 정도로 충분하고, 이로써 상대적으로 고농도의 기공 형성제에 근접한 전극 평면의 적어도 일부분을 상기 평면의 주 평면으로부터 후퇴시킴으로써 형성되는, 상기 전극 형성 단계를 포함하는, 고체 산화물 연료전지.
  13. a) 1개 이상의 채널을 한정하는 그린 전극층을 형성하는 단계로서, 상기 그린 전극층은 채널에 근접하여 기공 형성제를 포함하고 그린 전극의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 갖는, 상기 그린 전극층 형성 단계와;
    b) 상기 그린 전극을 소결시켜 고체 산화물 연료전지의 전극을 형성하는 단계로서, 상기 그린 전극의 소결은 상기 채널에 근접한 전극의 적어도 일부분이 다공성이 되도록 하는, 상기 전극 형성 단계를 포함하는, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서, 상기 채널에 근접한 기공 형성제의 양은, 소결 단계 동안에 전극의 기타 나머지 부분들보다 채널에 근접한 전극의 치수를 더 축소시킬 정도로 충분한 것인, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 그린 전극은 평면을 가지고 있으며, 전극을 소결시킴으로써 상대적으로 고농도의 기공 형성제에 근접한 전극 평면의 적어도 일부분을 상기 평면의 주 평면으로부터 후퇴시키는, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 채널은 연료전지의 조립시 전극에 의해 완전히 한정되는 도관인 것인, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 채널이 개방됨에 있어서, 그린 전극의 일 측면 상에서 개방되는 것인, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 채널 위에 전극 물질로 된 오버레이층을 배치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 오버레이층은 오버레이층의 기타 나머지 부분에서보다 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함하는 것인, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 채널은 전극의 일 측면 상에서 개방되며, 상기 방법은 개방된 채널 위에 전극 물질로 된 오버레이층을 배치시키는 단계를 포함하고, 상기 오버레이층은 오버레이층의 기타 나머지 부분에서보다 개방된 채널에 근접하여 더 높은 농도의 기공 형성제를 포함하는 것인, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기공 형성제의 양 및 상기 소결의 양의 조합으로, 상기 오버레이층은 적어도 채널에 근접한 곳에서 다공성으로 되는, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 소결의 양은, 더 높은 농도의 기공 형성제를 가진 오버레이층의 적어도 일부분을 상기 오버레이층 표면의 주 평면으로부터 후퇴시키는 데에 충분한 것인, 고체 산화물 연료전지의 전극 형성 방법.
  24. 복수의 보조전지를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 스택에 있어서, 각 보조전지는:
    a) 애노드층과;
    b) 애노드층 위의 전해질층과;
    c) 전해질층 위의 캐소드층과;
    d) 캐소드에 형성되며 전해질층에서 멀리 떨어진 제1 본딩층과;
    e) 제1 본딩층에 형성된 연결재층(interconnect layer)과;
    f) 연결재층에 형성되며, 스택의 한 보조전지의 제1 본딩층에서는 멀리 떨어져 있되 스택의 인접 보조전지의 애노드층에는 인접한 제2 본딩층을 포함하며,
    애노드층과 캐소드층 중 적어도 하나는 1개 이상의 가스 채널을 한정하고, 가스 채널에는 적어도 하나의 지지체 구조가 포함되는 것인, 고체 산화물 연료전지의 스택.
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