KR101653969B1 - A Manufacturing Method for Solid Oxide Fuel Cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 슬러리를 제공하는 단계, 상기 복수의 슬러리를 이송 필름 위에 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계 및 상기 적층체을 건조하여 그린 바디를 제조하는 단계를 포함하는 고체산화물 연료전지 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell manufacturing method comprising the steps of providing a plurality of slurries, sequentially laminating the plurality of slurries on a transfer film to form a laminate, and drying the laminate to prepare a green body .
고체산화물, 전해질, 연료전지, 테이프캐스팅, 동시소결, SOFC Solid oxide, electrolyte, fuel cell, tape casting, co-sintering, SOFC
Description
본 발명은 고체산화물 연료전지 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a solid oxide fuel cell.
고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)는 음극(연료극, anode), 전해질, 양극(공기극, cathode) 등을 포함하는 단위전지가 적층된 것이다. 전해질은 산소 이온이 이동하는 통로 역할을 하고, 전해질의 양면에 음극과 양극이 구비된다. 전해질과 양극 사이에서 반응이 일어나는 것을 방지하기 위해 버퍼(buffer)층을 삽입할 수도 있다.A solid oxide fuel cell (SOFC) is a stack of unit cells including a cathode (anode, anode), an electrolyte, and an anode (cathode, cathode). The electrolyte serves as a passage through which oxygen ions move, and a cathode and an anode are provided on both surfaces of the electrolyte. A buffer layer may be inserted to prevent the reaction between the electrolyte and the anode.
테이프 캐스팅(tape casting)법으로 음극, 전해질, 버퍼층 등을 각각 형성하고 이들을 적층 및 소결하여 고체산화물 연료전지의 단위전지를 제조할 수 있다. An anode, an electrolyte, a buffer layer, and the like are formed by a tape casting method, respectively, and these are laminated and sintered to produce a unit cell of a solid oxide fuel cell.
본 발명은 고체산화물 연료전지 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is directed to a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.
본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법은, 복수의 슬러리 를 제공하는 단계, 상기 복수의 슬러리를 이송 필름 위에 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계 및 상기 적층체을 건조하여 그린 바디를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing a plurality of slurries, sequentially laminating the plurality of slurries on a transfer film to form a laminate, and drying the laminate to form a green body And the like.
상기 복수의 슬러리는 음극 지지체 슬러리, 음극 슬러리 및 전해질 슬러리를 포함할 수 있다.The plurality of slurries may include a negative electrode support slurry, a negative electrode slurry, and an electrolyte slurry.
상기 복수의 슬러리를 제공하는 단계 전에, 상기 음극 지지체 슬러리의 점도를 가장 높게 하고 상기 전해질 슬러리의 점도를 가장 낮게 하는 점도 조절 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 점도 조절 단계에서, 상기 음극 지지체 슬러리의 점도를 3,000cps 이상 50,000cps 이하로 조절하고, 상기 음극 슬러리의 점도는 1,000cps 이상 8,000cps 이하로 조절하며, 상기 전해질 슬러리의 점도는 300cps 이상 3,000cps 이하로 조절할 수 있다.The method may further include a viscosity adjusting step of adjusting the viscosity of the slurry of the cathode support to the highest value and the viscosity of the slurry of the electrolyte to be the lowest before providing the plurality of slurries. In the viscosity control step, the viscosity of the slurry of the cathode slurry is adjusted to 3,000 cps or more and 50,000 cps or less, and the viscosity of the slurry of the anode slurry is controlled to be 1,000 cps or more and 8,000 cps or less. The viscosity of the slurry of the electrolyte is 300 cps or more and 3,000 cps or less .
상기 적층체를 형성하는 단계에서, 상기 음극 지지체 슬러리를 상기 이송 필름 위에 적층한 후, 상기 음극 지지체 슬러리 위에 상기 음극 슬러리 및 상기 전해질 슬러리를 순차적으로 적층할 수 있다.In the step of forming the laminate, the negative electrode slurry and the electrolyte slurry may be sequentially laminated on the negative electrode support slurry after the negative electrode slurry is laminated on the transfer film.
한편, 상기 복수의 슬러리는 버퍼층 슬러리를 더 포함하고, 상기 복수의 슬러리를 제공하는 단계 전에 상기 음극 지지체 슬러리의 점도를 가장 높게 하고 상기 버퍼층 슬러리의 점도를 가장 낮게 하는 점도 조절 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 점도 조절 단계에서, 상기 음극 지지체 슬러리의 점도를 3,000cps 이상 50,000cps 이하로 조절하고, 상기 음극 슬러리의 점도는 1,000cps 이상 8,000cps 이하로 조절하며, 상기 전해질 슬러리의 점도는 300cps 이상 3,000cps 이하로 조절 하며, 상기 버퍼층 슬러리의 점도는 100cps 이상 2,000cps 이하로 조절할 수 있다.The plurality of slurries may further comprise a buffer layer slurry and may further comprise a viscosity adjustment step to maximize the viscosity of the cathode support slurry and to minimize the viscosity of the buffer layer slurry prior to providing the plurality of slurries have. The viscosity of the negative electrode slurry is controlled to be not less than 3,000 cps and not more than 50,000 cps and the viscosity of the negative electrode slurry is controlled not less than 1,000 cps and not more than 8,000 cps. cps or less, and the viscosity of the buffer layer slurry may be adjusted to 100 cps or more and 2,000 cps or less.
상기 복수의 슬러리는 버퍼층 슬러리를 더 포함하고, 상기 복수의 슬러리를 제공하는 단계 전에 상기 버퍼층 슬러리에 소결 조제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 소결 조제는 Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The plurality of slurries may further comprise a buffer layer slurry, and the step of adding a sintering aid to the buffer layer slurry may be further included before the step of providing the plurality of slurries. The sintering aid may include at least one selected from the group consisting of Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn and mixtures thereof.
상기 복수의 슬러리는 버퍼층 슬러리를 더 포함하고, 상기 복수의 슬러리를 제공하는 단계 전에 상기 버퍼층 슬러리의 입자 크기를 50nm 이상 200nm 이하로 만드는 단계를 더 포함할 수 있다.The plurality of slurries may further include a buffer layer slurry, and the step of providing the buffer layer slurry with a particle size of 50 nm or more and 200 nm or less may be performed before the plurality of slurries are provided.
상기 적층체를 형성하는 단계에서, 상기 음극 지지체 슬러리를 상기 이송 필름 위에 적층한 후, 상기 음극 지지체 슬러리 위에 상기 음극 슬러리, 상기 전해질 슬러리 및 상기 버퍼층 슬러리를 순차적으로 적층할 수 있다.In the step of forming the laminate, the negative electrode slurry may be laminated on the transfer film, and then the negative electrode slurry, the electrolyte slurry and the buffer layer slurry may be sequentially deposited on the negative electrode support slurry.
상기 그린 바디를 제조하는 단계 후에 상기 그린 바디를 동시 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 그린 바디를 동시 소결하는 단계에서, 소결 온도는 1,200℃ 이상 1,500℃ 이하일 수 있다.And simultaneously sintering the green body after the step of manufacturing the green body. In the step of simultaneously sintering the green body, the sintering temperature may be 1,200 ° C or more and 1,500 ° C or less.
상기 그린 바디를 제조하는 단계 후에, 상기 그린 바디 위에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼층을 형성하는 단계에서, 스크린 프린트법 또는 습식 스프레이법으로 상기 버퍼층을 형성할 수 있다.After the step of preparing the green body, the method may further include forming a buffer layer on the green body. In the step of forming the buffer layer, the buffer layer can be formed by a screen printing method or a wet spraying method.
상기 버퍼층을 형성하는 단계 후에, 상기 버퍼층 위에 양극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 양극을 형성하는 단계에서, 스크린 프린트법 또는 습식 스프레이법으로 상기 양극을 형성할 수 있다.And forming an anode on the buffer layer after forming the buffer layer. In the step of forming the anode, the anode may be formed by a screen printing method or a wet spraying method.
본 발명은 고체산화물 연료전지 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.
아래에서는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며, 명세서 전체에서 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted from the drawings, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.
일반적으로 고체산화물 연료전지는 단위 전지가 적층된 것을 지칭한다. 그러나 이하의 실시예에서는 설명을 쉽게 하기 위해서 '고체산화물 연료전지'가 단위전지를 지칭한다.Generally, a solid oxide fuel cell refers to a stack of unit cells. However, in the following embodiments, a 'solid oxide fuel cell' refers to a unit cell for easy explanation.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법을 나타내는 공정도이다.1 is a process diagram showing a method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 제조방법은 복수의 슬러리를 제공하는 단계(S100), 적층체를 형성하는 단계(S200), 그린 바디(green body)를 제조하는 단계(S300), 그린 바디를 동시 소결하는 단계(S400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for fabricating a solid oxide fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention includes providing a plurality of slurries S100, forming a laminate S200, (S300), and simultaneously sintering the green body (S400).
복수의 슬러리를 제공하는 단계(S100)는 음극 지지체 슬러리, 음극 슬러리, 전해질 슬러리, 버퍼층 슬러리 등을 제공하는 단계이다. 이 슬러리들은 추후 음극 지지층, 음극, 전해질, 버퍼층 등을 각각 형성한다.Providing a plurality of slurries (S100) is a step of providing a cathode support slurry, an anode slurry, an electrolyte slurry, a buffer layer slurry, and the like. These slurries form a cathode support layer, a cathode, an electrolyte, a buffer layer, and the like, respectively.
음극 지지체 슬러리는 Ni, Fe, Cu, Co 등 전이금속 산화물과, Zr 또는 Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체 또는 절연체와, 기공제를 포함할 수 있다.The anode support slurry may contain a transition metal oxide such as Ni, Fe, Cu, Co, an oxygen ion conductor or insulator mainly containing Zr or Ce, and a pore-forming agent.
음극 슬러리는 Ni, Fe, Cu, Co 등 전이금속 산화물과, Zr 또는 Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체와, 기공제를 포함할 수 있다.The negative electrode slurry may contain a transition metal oxide such as Ni, Fe, Cu, Co, an oxygen ion conductor containing Zr or Ce as a main component, and a pore-forming agent.
전해질 슬러리는 Zr을 주성분으로 하는 산소이온 전도체를 포함할 수 있다.The electrolyte slurry may include an oxygen ion conductor containing Zr as a main component.
버퍼층 슬러리는 Ce을 주성분으로 하는 산소이온 전도체를 포함할 수 있다. 버퍼층 슬러리에 포함된 산소이온 전도체는 입자 크기가 50nm 이상 200nm 이하일 수 있다. 산소이온 전도체의 입자 크기가 50nm보다 작거나 200nm보다 크면 전해질과 버퍼층의 수축률이 달라진다. 이 경우 동시 소결할 때 전해질이나 버퍼층이 깨지거나 휘어진다.The buffer layer slurry may include an oxygen ion conductor containing Ce as a main component. The oxygen ion conductor contained in the buffer layer slurry may have a particle size of 50 nm or more and 200 nm or less. When the particle size of the oxygen ion conductor is smaller than 50 nm or larger than 200 nm, the shrinkage ratio of the electrolyte and the buffer layer is different. In this case, the electrolyte or the buffer layer is cracked or warped at the time of simultaneous sintering.
복수의 슬러리를 제공하는 단계(S100) 전에, 버퍼층 슬러리에 소결 조제를 첨가할 수 있다. 소결 조제는 버퍼층의 소결 거동과 수축률을 제어한다. 소결 조제는 Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.Before the step SlOO of providing a plurality of slurries, a sintering auxiliary agent may be added to the buffer layer slurry. The sintering aids control the sintering behavior and shrinkage ratio of the buffer layer. The sintering aid may include any one selected from the group consisting of Al, Co, Zn, Ni, Fe, Ca, K, Li, Mg, Mn, Na, Zn and mixtures thereof.
적층체를 형성하는 단계(S200)는 테이프 캐스팅 장치를 이용하여 복수의 슬러리를 적층하는 단계이다.The step of forming a laminate (S200) is a step of laminating a plurality of slurries using a tape casting apparatus.
도2를 참조하면, 테이프 캐스팅 장치(200)는 음극 지지체 슬러리 투입구(201), 음극 슬러리 투입구(203) 및 전해질 슬러리 투입구(205)를 포함한다. 음극 지지체 슬러리 투입구(201)가 가장 낮게 배치되고 그 위쪽에 음극 슬러리 투입 구(203) 및 전해질 슬러리 투입구(205)가 각각 배치된다.Referring to FIG. 2, the
또한, 테이프 캐스팅 장치(200)에는 슬러리 토출구(207)가 형성된다. 슬러리 토출구(207)는 슬러리 투입구(201, 203, 205)의 반대쪽에 형성될 수 있다.In the
또한, 테이프 캐스팅 장치(200)에는 이송 필름(carrier film)(209)과 롤러(211)가 구비된다.In addition, the
슬러리 투입구(201, 203, 205)에 슬러리를 각각 투입하면 슬러리 토출구(207)에서 토출된다. 토출되는 슬러리는 이송 필름(209) 위에 적층된다. 이 과정에서 음극 지지체 슬러리(213)가 가장 아래층을 이루고 그 위로 음극 슬러리(215) 및 전해질 슬러리(217)가 순차적으로 적층된다. 이 슬러리들(213, 215, 217)이 이송 필름(209) 위에 적층된 것이 적층체(219)이다.When the slurry is introduced into the
한편, 테이프 캐스팅 장치(200)에 버퍼층 슬러리 투입구를 설치할 수도 있다. 이 경우 전해질 슬러리 위에 버퍼층 슬러리를 적층할 수 있다.On the other hand, a buffer layer slurry inlet may be provided in the
버퍼층 슬러리에 스크린 프린트법 또는 습식 스프레이법으로 양극을 형성할 수도 있다. 또한, 어느 두 종류의 슬러리만 테이프 캐스팅 장치에 투입함으로써 두 층으로 된 적층체를 제조할 수도 있다.The anode may be formed in the buffer layer slurry by a screen printing method or a wet spraying method. Further, only two kinds of slurries can be put into a tape casting apparatus to produce a two-layered laminate.
그린 바디를 제조하는 단계(S300)는 적층체를 건조하는 단계이다.The step of manufacturing a green body (S300) is a step of drying the laminate.
적층체에 버퍼층을 형성하지 않은 채 그린 바디를 제조할 수도 있다. 즉, 음극 지지체, 음극 및 전해질이 적층체를 이룬다. 이 경우 그린 바디를 제조한 후 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 스크린 프린트법 또는 습식 스프레이법으로 버퍼층을 그린 바디에 형성할 수 있다.A green body may be produced without forming a buffer layer in the laminate. That is, the negative electrode support, the negative electrode and the electrolyte constitute a laminate. In this case, the method further includes forming a buffer layer after manufacturing the green body. The buffer layer can be formed on the green body by a screen printing method or a wet spray method.
버퍼층을 형성한 후 버퍼층 위에 양극을 형성할 수도 있다. 양극 형성 방법으로는 스크린 프린트법 또는 습식 스프레이법을 사용할 수 있다.After forming the buffer layer, the anode may be formed on the buffer layer. As the anode forming method, a screen printing method or a wet spraying method may be used.
그린 바디를 동시 소결하는 단계(S400)에서는 그린 바디를 1,200℃ 이상 1,500℃ 이하에서 동시 소결한다. 소결 온도가 1,200℃보다 낮으면 그린 바디가 충분히 소결되지 않고 1,500℃보다 높으면 원하는 기공도(porosity)를 얻기 어렵다.In the step of simultaneously sintering the green body (S400), the green body is simultaneously sintered at 1,200 ° C or higher and 1,500 ° C or lower. When the sintering temperature is lower than 1,200 ° C, the green body is not sufficiently sintered. If the sintering temperature is higher than 1,500 ° C, it is difficult to obtain the desired porosity.
테이프 캐스팅법으로 음극 지지체, 음극, 전해질 및 버퍼층을 각각 만들 수도 있다. 즉, 음극 지지체 슬러리를 이송 필름에 적층하여 음극 지지체 시트(sheet)를 만들고, 전해질 슬러리를 이송 필름에 적층하여 전해질 시트를 만들며, 버퍼층 슬러리를 이송 필름에 적층하여 버퍼층 시트를 만들 수 있다. 이 시트들을 각각 적층하면 적층체가 된다. 이 경우 이들을 가압하는 소위 라미네이션(lamination) 공정이 필요하다. 라미네이션 공정은 이 적층체를 대략 70℃ 이상 ℃ 이하에서 150㎏f/㎠ 이상 250㎏f/㎠로 소정 시간 가압하는 공정이다.A negative electrode support, a negative electrode, an electrolyte and a buffer layer may be respectively formed by a tape casting method. That is, a negative electrode support slurry is laminated on a transfer film to form a negative electrode support sheet, an electrolyte slurry is laminated on the transfer film to form an electrolyte sheet, and a buffer layer slurry is laminated on the transfer film to form a buffer layer sheet. Each of these sheets is laminated to form a laminate. In this case, a so-called lamination process of pressing them is required. The lamination step is a step of pressing the laminate at a temperature of about 70 캜 or higher and 150 캜 / ㎠ or higher and 250 ㎏ / ㎠ for a predetermined time.
그러나 본 발명의 실시예에서는 복수의 슬러리를 동시에 성형한 후 이송 필름에 적층하여 적층체를 형성한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 테이프 캐스팅법을 한번만 사용하여 적층체를 만들 수 있다. 이 경우 음극 지지체, 음극, 전해질, 버퍼층 등을 각각 테이프 캐스팅할 필요가 없으므로 공정이 줄어든다.However, in the embodiment of the present invention, a plurality of slurries are molded simultaneously and then laminated on a transfer film to form a laminate. That is, in the embodiment of the present invention, a laminate can be formed by using the tape casting method only once. In this case, since the cathode support, the cathode, the electrolyte, the buffer layer and the like are not required to be tape-cast, respectively, the process is reduced.
복수의 슬러리를 동시에 성형하는 경우 슬러리의 점도 조절과 성형 순서가 중요하다. 음극 지지형 고체 산화물 연료전지의 경우 음극 지지체, 음극, 전해질, 버퍼층 순으로 두께가 얇아진다. 슬러리의 점도가 낮으면 성형 후 두께도 얇다.When forming a plurality of slurries at the same time, it is important to adjust the viscosity of the slurry and to form the slurries. In the case of a cathode-supported solid oxide fuel cell, the cathode support, the cathode, the electrolyte, and the buffer layer become thinner in this order. When the viscosity of the slurry is low, the thickness after molding is also thin.
일반적으로 전해질이나 버퍼층이 두꺼울수록 저항이 커지므로 연료전지 출력 이 감소한다. 전해질이나 버퍼층의 두께가 얇을수록 유리하다. 다만, 전해질이 너무 얇으면 내부에 결함이 발생하여 연료와 산소가 섞일 수 있다. 이 경우 전지 성능이 저하되므로, 결함이 발생하지 않을 정도로 두께를 유지해야 한다.Generally, the thicker the electrolyte or the buffer layer, the greater the resistance, so the fuel cell output decreases. The thinner the thickness of the electrolyte or the buffer layer, the better. However, if the electrolyte is too thin, internal defects may occur and fuel and oxygen may be mixed. In this case, since the cell performance is deteriorated, the thickness should be maintained to such an extent that no defect occurs.
전지 성능을 향상시키려면 음극에 연료-산소이온 전도체-전자전도체의 삼중점을 많이 만들어 주어야 한다. 이 때문에 음극의 기공은 지지체의 기공보다 작아진다. 음극이 두꺼워지면, 연료가 잘 이동할 수 없고 반응에 의해 발생하는 수증기도 잘 이동할 수 없으므로 전지 출력이 감소한다.To improve battery performance, it is necessary to make a lot of triple points of fuel - oxygen ion conductor - electron conductor on the cathode. Therefore, the pores of the negative electrode become smaller than the pores of the support. If the cathode is thick, the fuel can not move well and the water vapor generated by the reaction can not move well, so the cell output decreases.
음극 지지체는 기계적 강도가 유지되는 한 얇을수록 성능 측면에서 유리하다. 다만, 전지가 커질수록, 기계적 강도를 높이려고 음극 지지체를 두껍게 만드는 경향이 있다.The thinner the anode support is, the better the performance is. However, the larger the cell, the greater the tendency to thicken the negative electrode support to increase the mechanical strength.
여러 층을 성형하는 경우 점도가 낮은 슬러리를 맨 위층에 놓아야 건조 과정에서 결함이 발생하지 않는다. 위층보다 아래층의 점도가 낮은 경우, 아래층이 건조되기 전에 위층이 건조되면 아래층의 용매가 휘발하면서 위층 표면이 부풀어 오르게 한다. 이러한 결함을 방지하려면 맨 아래층부터 음극 지지체, 음극, 전해질, 버퍼층 순으로 형성하고 점도는 아래층에서 위층으로 갈수록 낮아지게 해야 한다. 한편, 서로 접하는 슬러리의 점도는 같을 수도 있다.If multiple layers are to be formed, the lower viscosity slurry must be placed on the top layer to avoid defects in the drying process. If the viscosity of the lower layer is lower than that of the upper layer, the upper layer is dried before the lower layer is dried, and the solvent of the lower layer is volatilized, causing the upper layer surface to swell. To prevent these defects, the bottom layer should be formed in the order of the cathode support, the cathode, the electrolyte and the buffer layer, and the viscosity should be lowered from the lower layer to the upper layer. On the other hand, the viscosity of the slurry in contact with each other may be the same.
본 발명의 실시예에서 음극 지지체 슬러리의 점도는 3,000cps 이상 50,000cps 이하로 조절하고 음극 슬러리의 점도는 1,000cps 이상 8,000cps 이하로 조절한다. 또한, 전해질 슬러리의 점도는 300cps 이상 3,000cps 이하로 조절하고 버퍼층 슬러리의 점도는 100cps 이상 2,000cps 이하로 조절한다. 여기서 cps는 점 도의 단위인 센티 포아즈(centi Poise)를 나타낸다.In an embodiment of the present invention, the viscosity of the negative electrode slurry is adjusted to 3,000 cps or more and 50,000 cps or less, and the viscosity of the negative electrode slurry is adjusted to 1,000 cps or more and 8,000 cps or less. Also, the viscosity of the electrolyte slurry is adjusted to 300 cps or more and 3,000 cps or less, and the viscosity of the buffer layer slurry is adjusted to 100 cps or more and 2,000 cps or less. Where cps represents centi Poise, the unit of viscosity.
음극 지지체 슬러리의 점도가 3,000cps 미만이면 점도가 너무 낮아서 성형하기 곤란하다. 결국 음극 지지체 시트를 원하는 두께로 만들기 어렵다. 음극 지지체 슬러리의 점도가 50,000cps를 넘으면 점도가 너무 높아서 성형 시 슬러리를 제대로 공급하기 어렵다.If the viscosity of the negative electrode slurry is less than 3,000 cps, the viscosity is too low to form. As a result, it is difficult to make the cathode support sheet to have a desired thickness. If the viscosity of the negative electrode slurry exceeds 50,000 cps, the viscosity is too high and it is difficult to supply the slurry properly during molding.
음극 슬러리의 점도가 1,000cps 미만이면 전해질 슬러리와 섞이는 문제가 있고 8,000cps를 넘으면 음극 시트의 두께를 30㎛ 미만으로 조절하기 어렵다.When the viscosity of the negative electrode slurry is less than 1,000 cps, there is a problem of mixing with the electrolyte slurry. When the viscosity exceeds 8,000 cps, it is difficult to control the thickness of the negative electrode sheet to less than 30 탆.
전해질 슬러리의 점도가 300cps 미만이면 다이 안에서 버퍼층 슬러리와 섞이는 문제가 있고 3,000cps를 넘으면 시트 두께를 10㎛ 이하로 성형하기 어렵다.When the viscosity of the electrolytic slurry is less than 300 cps, there is a problem of mixing with the buffer layer slurry in the die. When the viscosity exceeds 3,000 cps, it is difficult to form the sheet to a thickness of 10 탆 or less.
버퍼층 슬러리의 점도가 100cps 미만이면 다이 안에서 전해질 슬러리와 섞이고 2,000cps를 넘으면 시트 두께를 수㎛ 미만으로 성형하기 어렵다.If the viscosity of the buffer layer slurry is less than 100 cps, it is mixed with the electrolyte slurry in the die, and if it exceeds 2,000 cps, it is difficult to form the sheet to a thickness of less than several micrometers.
복수의 슬러리를 제공하는 단계(S100) 전에 슬러리의 점도를 조절하는 단계를 거칠 수 있다. 솔벤트(solvent)의 함량을 가감하거나 바인더 레진(binder resin)의 종류를 달리하여 슬러리의 점도를 조절할 수 있다. 즉, 분자량이 큰 바인더 레진을 사용하거나 솔벤트의 함량을 줄이면 슬러리의 점도가 높아진다. 비표면적이 큰 세라믹 파우더를 사용해도 슬러리의 점도를 높일 수 있다.The step of adjusting the viscosity of the slurry may be performed before the step (SlOO) of providing the plurality of slurries. The viscosity of the slurry can be controlled by increasing or decreasing the content of the solvent or by changing the type of the binder resin. That is, using a binder resin having a large molecular weight or reducing the content of the solvent increases the viscosity of the slurry. The viscosity of the slurry can be increased by using a ceramic powder having a large specific surface area.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 라미네이션 공정을 생략할 수 있으므로 시간 및 비용을 줄일 수 있다. 본 발명의 실시예와 달리 음극 지지체, 음극, 전해질, 버퍼층 등을 각각 테이프 캐스팅하면 이들을 가압 및 적층하는 라미네이션 공정이 필요하다.Further, according to the embodiment of the present invention, since the lamination process can be omitted, time and cost can be reduced. Unlike the embodiment of the present invention, a lamination process is required in which the negative electrode support, the negative electrode, the electrolyte, the buffer layer and the like are respectively tape-casted and pressed and laminated.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that they belong to the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 제조 방법을 나타내는 공정도이다.1 is a process diagram showing a method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 제조에 사용되는 테이프 캐스팅 장치를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a tape casting apparatus for use in manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
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