KR101522839B1 - 프로톤 전도성 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 프로톤 전도성 고체 산화물 연료전지용 공기극 - Google Patents

프로톤 전도성 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 프로톤 전도성 고체 산화물 연료전지용 공기극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극은 고체 산화물 연료전지의 공기극 후막을 형성하는 과정에서 조대기공이나 기공클로스터에 의한 전해질과 공기극 간의 계면 분리를 방지하는 효과가 있는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다. 그러므로 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지의 공기극은 고체 산화물 연료전지의 내구성 향상 및 전체적인 성능 향상에 기여하는 효과가 있다.

Description

프로톤 전도성 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 프로톤 전도성 고체 산화물 연료전지용 공기극{Preparation method of cathode for proton conducting solid oxide fuel cell and cathode for proton conducting solid oxide fuel cell using the same}
본 발명은 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다.
현재 제3세대 연료전지라 할 수 있는 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 열화학적으로 안정한 지르코니아계를 전해질로 이용하고, 여기에 음극인 연료극과 양극인 공기극이 부착되어 있는 형태로 구성되어 있다. 또한 수소, 메탄, 메탄올, 디젤 등의 연료가스를 개질 없이 사용할 수 있고 산화제로서 공기 혹은 산소를 사용하기 때문에 고효율 저공해 차세대 발전방식으로 각광받는 분야이다. 이러한 고체 산화물 연료전지는 전해질로서 이트리아(yttria)를 첨가하고 결정 구조의 안정화를 도모한 안정화 산화 지르코늄을 사용해 왔다. 이 재료는 산소이온의 전도성을 가지고 있지만, 이러한 도전성은 온도에 의존하며 800-1,000 ℃의 범위에서 연료전지로서의 원하는 전도성을 얻을 수 있는 특징이 있다. 이 때문에 고체 산화물 연료전지의 운전 온도는 통상 800-1,000 ℃이며, 전극재료도 이와 같은 고온에서 견디기 위해 세라믹 종류의 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
또한 보다 구체적으로는 단위 전지는 고체 전해질층과, 고체 전해질층의 일면에 위치하는 연료극(음극)과, 고체 전해질층(막)의 다른 일면에 위치하는 공기극(양극)을 포함한다. 공기극에 산소를 공급하고 연료극에 수소를 공급하면, 공기극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 고체 전해질층을 지나 연료극으로 이동한 후 연료극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다.
이때 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다.
따라서 고체 전해질층은 가스가 직접 통과할 수 없는 치밀한 이온전도성 층으로 이루어지고, 공기극 및 연료극은 가스투과가 용이한 다공성 구조와 혼합전도(전자 및 이온전도)성을 나타내어야 한다.
한편 상기 공기극에는 전해질 물질과 전자전도성 물질의 복합재료로 후막을 형성한 후, 소결 과정을 통해 원하는 미세구조를 만들어 고체 산화물 연료전지의 전체적인 성능을 향상시키게 된다. 그러므로 강성을 가진 소결 기판 상에 도포된 후막이 소결 과정에서 수축된다면 연료전지의 전체적인 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 특히 소결 과정에 형성되는 조대기공이나 기공 클러스터 등이 연료전지의 전체적인 성능을 저하시키는 중요 요인으로 작용하게 된다. 또한 전자전도성 산화물 재료의 열팽창 계수가 프로톤 전도성 산화물 재료에 비해 상대적으로 높기 때문에 온도분포나 열 싸이클에 의하여 열 응력이 발생하면 계면에 존재하는 조대기공이나 기공 클러스터에 의해 계면 분리가 일어나게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 고온의 열처리 과정 없이 상온 코팅 공정으로 전기화학적 성능과 열 싸이클 안정성이 우수한 고체 산화물 연료전지의 공기극을 제조하는 방법으로서 대한민국 공개특허 제10-2012-0038829호(특허문헌 1)가 있으며, 더욱 구체적으로는 연료극 층과 고체전해질 층 그리고 공기극 층을 포함하는 고체 산화물 연료전지용 셀의 제조방법에 있어서 ⅰ) 상기 고체전해질 층이 형성된 기판을 준비하는 단계; ⅱ) 상기 기판의 어느 한 면에 형성된 고체전해질 층의 상부에 상기 공기극 층을 형성하는 단계; ⅲ) 상기 공기극 층을 형성하는 단계는 에어로졸 분사법에 의하여 형성하는 것을 포함하는 것에 관한 것이다.
특허문헌 1. 대한민국 공개특허 제10-2012-0038829호
본 발명은 상술한 문제점을 후막을 형성하는 과정에서 조대기공이나 기공 클러스터에 의해 전해질과 공기극 사이의 계면 분리가 일어나지 않게 함으로써, 고체 산화물 연료전지의 전체적인 성능을 향상시키는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법은
1) LaSrCoFeO3(이하 'LSCF'), BaSrCoFeO3(이하 'BSCF'), LaSrCoO3(이하 'LSC') 및 SmSrCoO3(이하 'SSC')로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물과 BaCeYO3(이하 'BCY'), BaZrYO3('이하 'BZY') 및 BaZrCeYO3(이하 'BZCY')로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 혼합하는 단계;
2) BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 고체 산화물 연료전지의 공기극용 전해질에 상기 혼합물을 코팅하여 공기극의 후막을 형성하는 단계; 및
3) 상기 2) 단계의 코팅 후 마이크로파 소결법으로 소결하는 단계;
를 포함한다.
또한 상기 3) 단계에서 마이크로파 소결법의 소결 온도는 650-800 ℃에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 3) 단계에서의 마이크로파 소결법의 소결 시간은 10-30 분간 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 1) 단계에서 ① 상기 BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물 및 ② 상기 LSCF, BSCF, LSC 및 SSC로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물의 혼합비(①:②)는 20:80-80:20인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 2) 단계에서 코팅은 스크린 인쇄법에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2) 단계에서 사용한 전해질은 이미 소결된 고체 산화물 연료전지의 공기극용 전해질인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 소결은 분당 20-30 ℃로 승온하여 690-710 ℃, 740-760 ℃, 790-810 ℃, 840-860 ℃에서 각각 7-13 분, 12-18 분, 17-23 분, 23-27 분 유지함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법은 상기 3) 단계 이후에 4) 냉각 단계를 추가로 포함하고;
상기 4) 단계는 550-750 ℃까지 분당 20-30 ℃의 속도로 냉각하는 제1 냉각 단계, 및 10-40 ℃까지 분당 1-15 ℃로 냉각하는 제2 냉각 단계의 순차적인 냉각 공정으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극은 본 발명에 따른 상기 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법에 의해 제조된 것이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 고체 산화물 연료전지는 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극을 포함한다.
본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극은 고체 산화물 연료전지의 공기극 후막을 형성하는 과정에서 조대기공이나 기공클로스터에 의한 전해질과 공기극 간의 계면 분리를 방지하는 효과가 있는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다. 그러므로 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지의 공기극은 고체 산화물 연료전지의 내구성 향상 및 전체적인 성능 향상에 기여하는 효과가 있다.
도 1은 실시예 1-1에 따른 LSCF-BCY 복합 공기극의 단면 미세구조를 보여주는 사진이다.
도 2는 실시예 1-2에 따른 SSC-BCY 복합 공기극의 단면 미세구조를 보여주는 사진이다.
도 3은 비교예 1에 따른 공기극의 단면 미세구조를 보여주는 사진이다.
이에 본 발명자들은 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극을 개발하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지용 공기극을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에 개시된 마이크로파 소결법이란 마이크로파를 분말 성형체에 조사하여 자체발열에 의해 소결하는 방법을 말한다. 또한 본 발명에 개시된 스크린 인쇄법이란 섬유나 금속제 등의 스크린 위에 마스킹을 만들고 피막에 인쇄를 하여 염색 및 코팅하는 방법을 말한다.
구체적으로 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법은
1) LSCF, BSCF, LSC 및 SSC로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물과 BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 혼합하는 단계;
2) BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 고체 산화물 연료전지의 공기극용 전해질에 상기 혼합물을 코팅하여 공기극의 후막을 형성하는 단계; 및
3) 상기 2) 단계의 코팅 후 마이크로파 소결법으로 소결하는 단계;
를 포함한다.
전해질과 고체 산화물 연료전지용 공기극 사이에 형성되는 계면 구조의 안정성은 단전지의 성능은 물론 고체 산화물 연료전지의 내구성에도 지대한 영향을 미치게 된다.
저항가열 방식의 경우 소성로에서 먼저 표면 가열이 일어난 후, 시편의 내부로 열이 전달되는 방식이다. 하지만 상기 마이크로파에 의한 가열은 시편의 부피 전체에 걸쳐 고르게 가열이 이루어지는 부피 가열 방식이다. 결국 상기 마이크로파 후막에 포함되는 코팅 분말들의 마이크로파 흡수능이 서로 다르기 때문에 마이크로파 흡수능이 큰 분말입자가 먼저 가열되게 된다.
특히, 마이크로파 효과라고도 불리는 상기 마이크로파 소결법의 가장 큰 특징 중의 하나는 기존 소결 방식에서는 크기가 작은 기공부터 소멸되지만, 마이크로파 소결법에 의하는 경우 부피 가열을 통해 기공경의 크기에 상관 없이 모든 기공이 동시에 소멸되거나 작아지게 된다. 그리하여 기존 소결법에 의하는 경우 계면 구조가 불안정하고 불균일한 상태가 되어 계면 분리가 일어나게 된다.
그러나, 상기 마이크로 소결법에 의하는 경우 후막 형성 과정에서 각 분말이 거의 동일한 속도로 치밀화하기 때문에 기존 소결 방식에 비하여 훨씬 균일하고 안정적인 계면 구조를 얻을 수 있으며, 계면 분리 또한 막을 수 있다. 또한 상기 마이크로파 소결법에 의하는 경우 빠른 속도로 승온할 수 있으며, 입자의 조대화도 방지하면서 소결 온도에 도달하는 장점이 있다. 또한 효과적인 부피 가열에 의하여 기존 소결법보다 훨씬 낮은 온도에서도 동일한 소결 밀도를 얻을 수 있다. 이를 통해 전기화학적 활성이 우수한 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조가 가능하게 된다.
또한 상기 마이크로파 소결법에 의한 소결은 기존 소결법에서 소결 온도가 높아 전자 전도성 물질의 조대화에 의해 일어나는 계면 분리를 방지하는 장점이 있다. 만약, 기존 소결법에서 마이크로파 소결법처럼 소결 온도를 낮추게 되면 전자 전도성 물질의 조대화는 막을 수 있지만, 프로톤 전도성 물질이 기판에 결합하는 능력은 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다. 하지만 상기 마이크로파 소결법은 이러한 기존 소결법의 문제점을 해소한 것이다.
본 발명에서 이루어지는 상기 마이크로파 소결법의 소결 온도는 650-800 ℃에서 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 소결 온도가 650 ℃ 미만인 경우에는 소결이 충분하게 행해지기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 소결 온도가 800 ℃를 초과하면 기공의 조대화 및 기공 클로스터가 발생할 우려가 있으면서 소결 비용이 지나치게 상승하여 바람직하지 않다.
또한 본 발명에서 이루어지는 상기 마이크로파 소결법의 소결 시간은 10-30분 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 소결 시간이 10 분 미만인 경우에는 소결이 충분하게 행해지기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 소결 시간이 30분을 초과하는 경우에는 지나치게 시간이 많이 소요되어 비경제적이므로 바람직하지 않다.
본 발명은 전자 전도성 물질로서 LSCF, BSCF, LSC 및 SSC로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 한다.
또한 프로톤 전도성 물질은 BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 한다.
상기 전자 전도성 물질은 전자를 이동시키는 능력이 탁월하다. 또한 상기 프로톤(proton) 전도성 물질은 양이온인 프로톤을 전도하는 능력이 탁월하다.
상기 1) 단계에서 LSCF, BSCF, LSC 및 SSC로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물과 BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 혼합하여 상기 2) 단계에서 코팅할 혼합물을 제조하게 된다.
상기 1) 단계에서 ① 상기 BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물 및 ② 상기 LSCF, BSCF, LSC 및 SSC로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물의 혼합비(①:②)는 20:80-80:20인 것이 바람직하다. 상기 혼합물의 함량이 상기 수치범위를 벗어나는 경우 본 발명에서 달성하려는 효과를 충분히 달성할 수 없어 바람직하지 않다.
상기 BCY, BZY 및 BZCY는 마이크로파의 흡수능이 뛰어나며, BCY, BZY 및 BZCY가 선택적으로 가열되면서 주변의 전자전도성 물질인 LSCF, BSCF, LSC 및 SSC로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 가열하게 된다. 이렇게 BCY, BZY 및 BZCY의 선택적 가열에 의하여 계면 결합을 촉진하는 효과를 얻을 수 있다.
그 후 상기 2) 단계와 같이 BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 고체 산화물 연료전지의 공기극용 전해질에 상기 혼합물을 코팅하여 공기극의 후막을 형성하게 된다.
또한 상기 2) 단계에서의 코팅은 스크린 인쇄법에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2) 단계에서 사용한 전해질은 이미 소결된 고체 산화물 연료전지의 공기극용 전해질인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 이미 소결된 상태의 전해질을 사용하여, 공기극 후막을 만들고 마이크로파 소결을 순차적으로 진행함으로써, 미소결 상태의 전해질을 사용하는 경우와 달리, 공기극 전해질 상의 입자 조대화를 전혀 발생시키지 않을 수 있다는 장점이 있을 수 있다.
또한 상기 소결은 분당 20-30 ℃로 승온하여 690-710 ℃, 740-760 ℃, 790-810 ℃, 840-860 ℃에서 각각 7-13 분, 12-18 분, 17-23 분, 23-27 분 유지함으로써 수행되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구간별 소결 온도를 달리하여 소결 과정을 수행하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여, 계면 안정성이 더욱 향상됨을 확인하였다.
또한 상기 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법은 상기 3) 단계 이후에 4) 냉각 단계를 추가로 포함하고;
상기 4) 단계는 550-750 ℃까지 분당 20-30 ℃의 속도로 냉각하는 제1 냉각 단계, 및 10-40 ℃까지 분당 1-15 ℃로 냉각하는 제2 냉각 단계의 순차적인 냉각 공정으로 수행되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구간별 냉각 속도를 달리하여 냉각 과정을 수행하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여, 계면 안정성이 더욱 향상됨을 확인하였다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 고체 산화물 연료전지의 공기극은 본 발명에 따른 상기 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법에 의해 제조되는 것을 포함하면서 당업계에 공지된 제조방법으로 제조되는 모든 고체 산화물 연료전지의 공기극을 모두 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 고체 산화물 연료전지는 본 발명에 따른 상기 고체 산화물 연료전지의 공기극을 포함하면서 당업계에 공지된 제조방법으로 제조되는 모든 고체 산화물 연료전지를 포함한다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8, semi, 실시예 1-1) 또는 SSC(Sm0.5Sr0.5Co, semi, 실시예 1-2) 분말을 각각 사용하고, 더불어서 BCY(BaCe0.9Y0.1O3-δ) 분말을 사용하여 아래와 같이 복합 공기극을 제조하였다. 스크린 인쇄를 위한 LSCF-BCY(LSCF:BCY = 50:50 wt%), SSC-BCY(SSC:BCY = 50:50 wt%) 페이스트를 Planetary Mill을 이용하여 250 rpm으로 밀링하여 제조하였으며 그 조성은 하기 표 1과 같다. LSCF-BCY와 SSC-BCY 페이스트는 분말의 균일분산을 위해 α-terpineol 과 분산제 KD-6를 넣고 30 분 동안 밀링한 후 혼합분말의 50 wt%씩 2 시간 간격으로 첨가한다. 이후 결합제로 PVBH3를 넣고 24 시간 동안 밀링한 다음 가소제로 DBP(Di-n Butyl phthalate)를 첨가하고 12 시간 동안 밀링하여 페이스트를 완성하였다. 이렇게 제조된 공기극 페이스트는 이미 소결된 반전지 상의 BZY인 전해질 위에 스크린 인쇄법으로 도포되었으며, leveling 30 분 후 LSCF-BCY는 60 ℃에서 30분 건조한 후 80 ℃에서 30 분 건조하였고 SSC-BCY는 80 ℃에서 1 시간 건조하였다.
마이크로파 소결 시 소성온도와 시간을 감소시키고 전해질과의 계면 결합력을 향상시키기 위해서는 샘플 상하부의 온도균일성과 단열이 중요하다. 이를 위해 지르코니아판과 SiC plate를 사용하여 단열구조를 형성하고 소결을 진행하였다. 소결은 분당 25 ℃로 승온하여 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃의 각 온도별로 각각 10 분, 15 분, 20 분 씩 유지한 후 600 ℃까지 분당 25 ℃의 속도로 냉각하고 이후 계면 간의 열팽창계수 차이로 인한 열충격과 미세균열 발생을 억제하기 위해 상온까지 분당 5 ℃로 서냉하였다. 이를 통해 최종적인 고체 산화물 연료전지용 공기극을 제조하였다. 한편 하기 도 1은 800 ℃에서 10 분 동안 마이크로파 소결을 통해 형성된 LSCF-BCY 복합 공기극의 단면 미세구조를 보여주는 사진이다.
성분 LSCF-BCY(g) SSC-BCY(g)
Powder 18 18
α-terpineol 12 12.86
KD-6 0.36 0.54
DBP(Di-n-Butyl Phthalate) 0.36 0.36
PVBH3 0.45 0.45
비교예 1
마이크로파 소결법이 아닌 기존에 공지된 일반적인 소결법을 사용하여 1,250 ℃ 에서 1 시간 동안 소결한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 고체 산화물 연료전지용 공기극을 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1-1과 실시예 1-2와 비교예 1을 가지고 계면 박리 여부를 관찰하는 실험을 진행하였다. 이의 결과는 각각 하기 도 1과 도 2 및 도 3에 나타냈다.
실시예 1-1 및 실시예 1-2에 따른 도 1과 도 2의 경우는 계면 결합력이 우수하여 계면 박리가 일어나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 하기만 하기 도 3에서 살펴볼 수 있는 바와 같이 기존 소결법으로 소결한 경우는 높은 온도 및 많은 시간을 들여 소성하였음에도 불구하고, 공기극과 전해질 간에 계면 분리가 일어난 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 실시예 1의 경우 보다 우수한 성능 및 내구성을 지닌 고체 산화물 연료전지용 공기극 및 고체 산화물 연료전지의 제작이 가능함을 확인하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (10)

1) LSCF(LaSrCoFeO3), BSCF(BaSrCoFeO3), LSC(LaSrCoO3) 및 SSC(SmSrCoO3)로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물과 BCY(BaCeYO3), BZY(BaZrYO3) 및 BZCY(BaZrCeYO3)로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 혼합하는 단계;
2) BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 고체 산화물 연료전지의 공기극용 전해질에 상기 혼합물을 코팅하여 공기극의 후막을 형성하는 단계;
3) 상기 2) 단계의 코팅 후 마이크로파 소결법으로 소결하는 단계; 및
4) 상기 3)단계 이후에의 냉각 단계;
를 포함하며,
상기 3) 단계에서 마이크로파 소결법에 의한 소결 온도는 650-800 ℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하고,
상기 4)단계의 냉각 단계는 550-750 ℃까지 분당 20-30 ℃의 속도로 냉각하는 제1 냉각 단계, 및 10-40 ℃까지 분당 1-15 ℃로 냉각하는 제2 냉각 단계의 순차적인 냉각 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 3) 단계에서의 마이크로파 소결법에 의한 소결은 10-30 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 1) 단계에서 ① 상기 BCY, BZY 및 BZCY로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물 및 ② 상기 LSCF, BSCF, LSC 및 SSC로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 화합물의 혼합비(①:②)는 20:80-80:20인 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 2) 단계에서 코팅은 스크린 인쇄법에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 2) 단계에서 사용한 전해질은 이미 소결된 고체 산화물 연료전지의 공기극용 전해질인 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 소결은 분당 20-30 ℃로 승온하여 690-710 ℃, 740-760 ℃, 790-810 ℃, 840-860 ℃에서 각각 7-13 분, 12-18 분, 17-23 분, 23-27 분 유지함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법.
삭제
제1항에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극의 제조방법에 의해 제조된 고체 산화물 연료전지용 공기극.
제9항에 따른 고체 산화물 연료전지용 공기극을 포함하는 고체 산화물 연료전지.
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