KR101728428B1 - Core-shell powder of solid oxide fuel cell and fabrication process thereof and cell-stack of segmented-in-series solid oxide fuel cell by using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물연료전지(SOFC) 연료극으로 사용하기 위해 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등) 합금분말을 코어로 사용하고, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 분말을 쉘로 사용하여 하이드라진 환원제와 계면활성제를 이용하여, 나노크기 코어-쉘 연료극을 제조하였다. 제조된 분말은 균일한 나노크기를 가지고, 이들 상호간 연속적인 네트워크를 가지는 나노 복합구조를 형성하며 환원분위기에서 부피수축 및 탄소침적을 억제함에 따라 장기 안정성, 열 싸이클 안정성 및 산화환원 안정성이 현저히 향상되었다. 또한 나노크기의 분말 코팅 시 액상슬러리를 사용할 경우 입자간 응집현상에 의해 균일한 분포나 두께 형성이 불가능하기 때문에 고체상태의 코어-쉘 연료극 전사지를 제작, 적층하여 일정한 두께를 가진 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택을 제작하는 방법에 관한 것이다.The present invention uses a nickel (Ni) -metal (Fe, Co, Cu, etc.) alloy powder as a core for use as a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel electrode and uses a yttria stabilized zirconia (YSZ) A nanoscale core - shell fuel electrode was prepared using a reducing agent and a surfactant. The prepared powders have a uniform nano size and form a nanocomposite structure having mutually continuous networks. The long - term stability, the thermal cycle stability and the redox stability are remarkably improved by suppressing the volume shrinkage and the carbon deposition in the reducing atmosphere . In addition, when the liquid slurry is used in the nano-size powder coating, it is impossible to uniformly distribute or form a thickness due to the intergranular coagulation phenomenon. Therefore, a solid-state core-shell fuel electrode transfer sheet is manufactured and laminated, To a method of manufacturing a battery cell stack.

Description

고체산화물연료전지용 코어-쉘 연료극, 이의 제조방법 및 이를 이용한 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택{CORE-SHELL POWDER OF SOLID OXIDE FUEL CELL AND FABRICATION PROCESS THEREOF AND CELL-STACK OF SEGMENTED-IN-SERIES SOLID OXIDE FUEL CELL BY USING THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a core-shell fuel electrode for a solid oxide fuel cell, a method for manufacturing the same, and a multi-component solid oxide fuel cell stack using the same. FUEL CELL BY USING THEREOF}

본 발명은 나노 복합구조를 갖는 고체산화물연료전지용 코어-쉘 연료극 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이드라진 환원제와 계면활성제를 이용하여 구형 니켈/메탈 합금을 코어로 하고, 안정화 지르코니아를 쉘로 하는 나노 크기의 코어-쉘 분말을 제조하고, 이를 연료극 전사지로 제작하여 세라믹 지지체 위에 적층하여 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택을 제작하여, 연료극 미세구조 제어를 통한 환원분위기에서 팽창 억제, 장기안정성, 열 사이클 안정성이 현저히 향상된 나노 복합구조를 갖는 고체산화물연료전지의 코어-쉘 연료극 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택에 관한 것이다.
The present invention relates to a core-shell fuel electrode powder for a solid oxide fuel cell having a nanocomposite structure, a method for producing the same, and a multi-layered solid oxide fuel cell stack using the same. More particularly, A nano-sized core-shell powder with a nickel / metal alloy core and a stabilized zirconia shell was prepared, and the core-shell powder was formed into a fuel electrode transfer sheet and laminated on a ceramic support to produce a multi- A core-shell fuel electrode powder of a solid oxide fuel cell having a nanocomposite structure with remarkably improved expansion inhibition, long-term stability and thermal cycle stability in a reducing atmosphere through microstructure control, a method for producing the same, and a multi- Stack.

고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)는 고체 전해질을 가운데 두고 한쪽 면에는 공기극을, 그리고 다른 쪽 면에는 연료극을 적층한 형태로 600℃ ~ 1,000℃의 고온에서 연료와 공기의 전기화학반응에 의해 전기를 생산하는 연료전지로 현존하는 발전기술 중 발전효율이 가장 높고, 연료의 선택성이 자유롭고, 경제성이 우수한 장점이 있다.Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is a solid oxide fuel cell stacked with an air electrode on one side and a fuel electrode on the other side. Electro-chemical reaction of fuel and air at a high temperature of 600 ° C to 1,000 ° C The fuel cell is a fuel cell that produces electricity by means of the power generation technology. Among the existing technologies, the power generation efficiency is the highest, the fuel selectivity is free, and the economical efficiency is excellent.

현재 연료극으로 산화니켈과 이트리아 안정화 지르코니아가 혼합된 연료극이 가장 널리 사용되고 있고, 이들 혼합물은 건식이나 습식방법으로 간단하게 혼합될 수 있으나, 산화니켈과 산화니켈, 또는 안정화 지르코니아와 산화니켈 사이의 인력이 서로 상이하므로, 동일한 분산 조건에서 두 분말이 동시에 분산되지 못하고, 분말들의 응집이 일어나게 된다. 또한, 수십 크기의 분말 사용 시, 동종 응집이 연료극의 미세구조 불균일을 초래하고, 환원 분위기 열처리 시, 약 30%의 부피수축에 의해 크랙이 발생하고, 크랙으로 인한 전기전도도 감소에 의해 성능이 저하되며, 탄화수소 연료 사용 시, 심각한 탄소침적 발생의 문제점을 가지고 있다. Currently, anode materials in which nickel oxide and yttria-stabilized zirconia are mixed with fuel electrode are the most widely used. These mixtures can be easily mixed by dry or wet methods, but the attraction between nickel oxide and nickel oxide, or between stabilized zirconia and nickel oxide The two powders can not be dispersed at the same time under the same dispersion conditions, and the agglomeration of the powders occurs. In addition, when using a powder having a size of several tens of times, homogeneous agglomeration causes microstructure irregularity of the anode, cracks are generated by volume shrinkage of about 30% in the reducing atmosphere heat treatment, and electrical conductivity is lowered due to cracks And there is a problem of serious carbon deposition when using hydrocarbon fuel.

하지만, 나노 구형 니켈-메탈 합금과 안정화 지르코니아를 이용 코어-쉘 연료극을 사용하게 되면 부피수축이 일어나지 않고, 환원분위기에서 특성 저하를 일으키지 않는 장점을 가지고 있다.However, when the core-shell fuel electrode using the nanospherical nickel-metal alloy and the stabilized zirconia is used, the volume shrinkage does not occur and the characteristic deterioration does not occur in the reducing atmosphere.

이러한 나노 크기의 코어-쉘 연료극 코팅 시, 분말 또는 액상 슬러리를 제조하여, 플라즈마 용사, 딥 코팅, 브러쉬 코팅 등 다양한 공정이 있으나, 실제 나노 분말의 경우, 응집현상에 의해 균일한 분포나 두께 형성이 불가능하여 출력을 저하시키게 되며, 일정 패턴 형성이 불가능한 문제점을 가지고 있다.There are various processes such as plasma spraying, dip coating, brush coating, etc., by preparing powder or liquid slurry in such a nano-sized core-shell fuel electrode coating. However, in the case of actual nano powder, uniform distribution or thickness formation And the output is decreased. Thus, it is impossible to form a certain pattern.

본 출원인의 특허출원 제10-2013-0054150호(하이드라진 환원제와 계면활성제를 이용한 고체산화물연료전지용 연료극 코어-쉘 복합체의 제조방법)는 니켈금속-이트리아 안정화 지르코니아 코어-쉘 연료극을 제조하는 특허의 특성을 향상시킬 수 있는 방법으로 니켈금속에 메탈(Fe, Co, Cu 등)을 첨가하여 촉매활성과 성능을 향상시킬 수 있는 연료극을 제조하였고, 본 출원인의 특허등록 제10-1179478호(다공성 세라믹 지지체 위에 전사법을 이용한 세그멘티드형 고체산화물연료전지 구성 소재막 제조 방법)는 구성소재 원료를 액상 슬러리로 제조하여 전사대지 위에 인쇄하는 막 형성방법으로 나노크기의 코어-쉘 연료극 분말을 전사지로 제작하여 다전지식 고체산화물연료전지를 제작하였다.
The Applicant's patent application No. 10-2013-0054150 (a method for producing an anode core-shell composite for a solid oxide fuel cell using a hydrazine reducing agent and a surfactant) discloses a method of manufacturing a nickel metal-yttria stabilized zirconia core- (Fe, Co, Cu, etc.) was added to the nickel metal as a method for improving the characteristics and the catalyst activity and performance were improved. The applicant's patent registration No. 10-1179478 (Porous Ceramic Segmented Solid Oxide Fuel Cell Material Film Manufacturing Method Using Transfer Method on Supports) is a film forming method in which the material of the constituent material is made into a liquid slurry and printed on a transfer paper, and the nano-sized core-shell fuel electrode powder is made into a transfer paper A solid oxide fuel cell was fabricated.

본 발명의 목적은 하이드라진 환원제와 계면활성제를 이용하여 니켈-메탈/이트리아 안정화 지르코니아 코어-쉘을 제작하여, 고온에서 작동 시 니켈의 조대화와 수축으로 인한 변형을 방지하면서 소결성을 향상시켜 전기전도도를 증가시킬 수 있게 입자의 분포가 조밀하고 균일한 미세구조를 갖고, 탄화수소 연료 사용 시 촉매활성을 향상시킬 수 있는 나노크기의 코어-쉘 연료극 분말 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a nickel-metal / yttria-stabilized zirconia core-shell using a hydrazine reducing agent and a surfactant to improve sinterability while preventing deformation due to coarsening and shrinkage of nickel during operation at high temperatures, A core-shell fuel electrode powder having a dense and uniform microstructure of the particles and capable of improving catalytic activity when using hydrocarbon fuel, and a method for producing the same.

또한, 본 발명은 나노크기의 코어-쉘 연료극을 전사지로 제작하여 응집현상을 제어하고 균일한 분포와 두께로 적층하여 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택을 제작하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to produce a multi-layered solid oxide fuel cell stack by stacking nano-sized core-shell fuel electrodes with a uniform distribution and thickness by controlling the coagulation phenomenon by using a transfer paper.

본 발명은 종래의 고체산화물 연료전지에 사용되는 연료극 및 연료극 적층 시 발생하는 문제점을 해결하기 위해 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등) 합금 분말을 코어로 사용하고, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 분말을 쉘로 사용하여 하이드라진 환원제와 계면활성제를 이용하여 코어-쉘 구조의 분말을 제조하였다. 제조된 분말은 균일한 나노크기를 가지고, 이들 상호간 연속적인 네트워크를 가지는 나노 복합구조를 가지며 환원분위기에서 부피수축을 억제하고 탄소침적을 억제함에 따라 장기 안정성, 열 싸이클 안정성 및 산화환원 안정성이 현저히 향상된 연료극 분말을 제조하였다.The present invention uses a nickel (Ni) -metal (Fe, Co, Cu, etc.) alloy powder as a core to solve the problems that occur in the fuel electrode and the fuel electrode stack used in the conventional solid oxide fuel cell, (YSZ) powder was used as a shell to prepare a core-shell structure powder using a hydrazine reducing agent and a surfactant. The prepared powders have a uniform nano size, have a nanocomposite structure with mutually continuous networks, suppress volume contraction in a reducing atmosphere, and inhibit carbon deposition, thereby remarkably improving long term stability, thermal cycle stability and redox stability An anode powder was prepared.

또한, 본 발명은 나노크기의 분말을 코팅 시 액상슬러리를 사용할 경우 응집현상에 의해 균일한 분포나 두께 형성이 불가능하기 때문에 고체상태의 코어-쉘 연료극 전사지를 제작하여 균일한 두께로 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택을 제작하는 것을 특징으로 한다.
In addition, since a uniform distribution or thickness can not be formed by the coagulation phenomenon when a liquid slurry is used when coating a nano-sized powder, it is possible to manufacture a solid-state core-shell fuel electrode transfer sheet, Thereby producing a fuel cell cell stack.

이것에 의해, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 코어-쉘 연료극 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택은 다음과 같은 효과가 있다.Thus, the core-shell fuel electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention, the method for producing the core-shell fuel electrode powder, and the multi-layered solid oxide fuel cell stack using the same have the following effects.

하이드라진 환원제와 계면활성제를 이용하여 제조한 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극은 니켈-메탈과 이트리아 안정화 지르코니아 결정립의 크기가 나노이며 균일하기 때문에 기존 연료극에 비하여 표면 결함이 거의 없는 장점을 가지고 있다. 또한, 니켈-메탈/이트리아 안정화 지르코니아 연료극의 경우, 환원분위기에서 부피 수축이 억제되고, 균일한 혼합을 위해 장시간 혼합공정을 진행하지 않아도 조대한 구성상이 존재하지 않고 응집체가 거의 없기 때문에 니켈-메탈, 이트리아 안정화 지르코니아 및 기공으로 구성되는 삼상계면이 증가하여 연료극의 전기화학적 활성이 현저히 향상되고 탄화수소 연료 사용 시 탄소침적을 저감시킬 수 있다.(Ni) -metal (Fe, Co, Cu) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core-shell fuel electrode prepared by using a hydrazine reducing agent and a surfactant has a nickel-metal and yttria-stabilized zirconia And it is advantageous that there is almost no surface defect compared to the conventional anode. In addition, in the case of the nickel-metal / yttria-stabilized zirconia anode, volume shrinkage is suppressed in a reducing atmosphere, and there is no coarse constitutional phase and no aggregate even if a long mixing process is not carried out for uniform mixing. , The yttria-stabilized zirconia and the pore, thereby improving the electrochemical activity of the anode and reducing carbon deposition when using the hydrocarbon fuel.

또한, 나노크기의 코어-쉘 연료극 전사지를 사용하여 적층할 경우 나노 분말의 응집현상을 제어하여 균일하게 분포와 두께로 적층이 가능하며 고체상태의 연료극 적층을 통해 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택의 제조 및 성능을 향상시킬 수 있다.
In addition, when a nano-sized core-shell anode electrode is laminated, it is possible to control the agglomeration phenomenon of the nano powder to be able to laminate uniformly in a distribution and thickness, and a multi-layered solid oxide fuel cell- Can be improved.

도 1은 니켈-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극 미세구조 사진이다.
도 2는 상용 니켈(Ni)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 연료극와 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극의 전기전도도 측정 결과이다.
도 3은 상용 니켈(Ni)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 연료극와 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극을 전사지로 제작 후 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택 적용 후 개방 회로 전압 및 전지 성능을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a photograph of a nickel-metal (Fe, Co, Cu, etc.) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core-shell fuel electrode microstructure.
FIG. 2 shows the results of electrical conductivity measurement of commercially available nickel / yttria stabilized zirconia (YSZ) anode and nickel (Ni) -metal (Fe, Co, Cu) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core-shell fuel electrode.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Ni / Yttria stabilized zirconia (YSZ) anode and nickel (Ni) -metal (Fe, Co, Cu) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core- FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of open circuit voltage and cell performance after application of a solid oxide fuel cell cell stack. FIG.

본 발명은 고체산화물 연료전지에 사용되는 연료극 및 연료극 적층 시 발생하는 문제점을 해결하기 위해 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등) 합금분말을 코어로 사용하고, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 분말을 쉘로 사용하여, 하이드라진 환원제와 계면활성제를 이용하여 고체산화물연로전지용 코어-쉘 분말을 제조한다.The present invention uses a nickel (Ni) -metal (Fe, Co, Cu, etc.) alloy powder as a core and a yttria stabilized zirconia (YSZ ) Powder as a shell, a hydrate-reducing agent and a surfactant are used to prepare a core-shell powder for a solid oxide fired cell.

제조된 고체산화물연로전지용 코어-쉘 분말은 균일한 나노 크기를 가지고, 이들 상호간 연속적인 네트워크를 가지는 나노 복합구조를 가지며 환원분위기에서 부피수축을 억제하고 탄소침적을 억제함에 따라 장기 안정성, 열 사이클 안정성 및 산화환원 안정성이 현저히 향상된다.The prepared core-shell powder for a solid oxide fired battery has a uniform nano-size, has a nanocomposite structure having mutually continuous networks, suppresses volume contraction in a reducing atmosphere, and suppresses carbon deposition. As a result, long-term stability, And the redox stability are remarkably improved.

또한, 본 발명은 나노 크기의 코어-쉘 분말을 코팅할 때, 액상 슬러리를 사용할 경우, 응집현상에 의해 균일한 분포나 두께 형성이 불가능하기 때문에 고체상태의 코어-쉘 연료극 전사지를 제작하여 균일한 두께로 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택을 제작한다.In addition, since a uniform distribution or thickness can not be formed by the coagulation phenomenon when a liquid slurry is used when coating nano-sized core-shell powder, it is possible to manufacture a solid-state core-shell fuel electrode transfer paper, Thick solid oxide fuel cell stack.

이와 같이 제조된 본 발명에 따른 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극 분말은 니켈-메탈과 이트리아 안정화 지르코니아 결정립의 크기가 나노이며 균일하기 때문에 기존 연료극에 비하여 표면 결함이 거의 없고, 니켈-메탈/이트리아 안정화 지르코니아 연료극의 경우, 환원분위기에서 부피 수축이 억제되고, 균일한 혼합을 위해 장시간 혼합공정을 진행하지 않아도 조대한 구성상이 존재하지 않고 응집체가 거의 없기 때문에 니켈-메탈, 이트리아 안정화 지르코니아 및 기공으로 구성되는 삼상계면이 증가하여 연료극의 전기화학적 활성이 현저히 향상되고 탄화수소 연료 사용 시 탄소침적을 저감시킬 수 있다.The nickel-metal (Fe, Co, Cu, etc.) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core-shell fuel electrode powder thus prepared according to the present invention has nanometer-sized nickel-metal and yttria-stabilized zirconia grains It is possible to suppress the volume shrinkage in the reducing atmosphere in the case of the nickel-metal / yttria-stabilized zirconia fuel electrode, and it is possible to suppress the volume contraction of the nickel- Since there is no agglomerate and there is no aggregate, the three-phase interface composed of nickel-metal, yttria-stabilized zirconia and pores is increased, which significantly improves the electrochemical activity of the anode and can reduce carbon deposition when using hydrocarbon fuel.

또한, 나노크기의 코어-쉘 연료극 전사지를 사용하여 적층할 경우 나노 분말의 응집현상을 제어하여 균일하게 분포와 두께로 적층이 가능하며 고체상태의 연료극 적층을 통해 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택의 제조 및 성능이 향상된다.
In addition, when a nano-sized core-shell anode electrode is laminated, it is possible to control the agglomeration phenomenon of the nano powder to be able to laminate uniformly in a distribution and thickness, and a multi-layered solid oxide fuel cell- ≪ / RTI > is improved.

(실시 예 1)
졸 (sol) 상태의 안정화 지르코니아(YSZ)에 하이드라진(N2H4) 합성법을 이용하여 95중량퍼센트 염화니켈에 염화철, 염화코발트 및 염화구리 중 어느 한 가지를 선택하여 5중량퍼센트를 첨가하고, 이후 계면활성제(Cetyltrimethyl ammonium bromide, CTAB)를 균일하게 교반하여 혼합하고, 하이드라진 수화물(N2H4·H2O)을 첨가하여 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등) 합금분말을 코어로 하고 이트리아 안정화 지르코니아가 쉘로 구성된 고체산화물연료전지용 코어-쉘 연료극 분말을 제조하였고, 이를 도 1에 나타내었다. (Example 1)
5 weight percent of iron chloride, cobalt chloride and copper chloride was selected as 95 weight percent nickel chloride by the hydrazine (N2H4) synthesis method in stabilized zirconia (YSZ) in the sol state, (Fe, Co, Cu, etc.) alloy powder as a core by adding hydrazine hydrate (N 2 H 4 H 2 O) to the mixture and mixing the cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) Shell fuel anode powder for a solid oxide fuel cell composed of a shell was prepared and shown in Fig.

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(실시 예 2)(Example 2)

실시 예 1에서 제작된 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 분말과 전사오일을 1 : 0.7의 중량비율로 혼합하여 연료극 페이스트를 제조한 후, 흡수성대지 위에 수용성 점착층이 코팅된 전사대지 위에 연료극 페이스트를 인쇄하여 연료극 전사지를 제작하였다. 이때, 인쇄 및 건조 단계를 반복하여 구성소재 층의 두께를 조절하였고, 인쇄 횟수에 따라 1, 2 및 3도 전사지를 제작하였다.
The fuel electrode paste was prepared by mixing the nickel (Ni) -metal (Fe, Co, Cu) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core-shell powder and the transfer oil prepared in Example 1 at a weight ratio of 1: 0.7 Thereafter, an anode paste was printed on a transfer paper having a water-soluble adhesive layer coated on an absorbent substrate to prepare a fuel electrode transfer paper. At this time, the thickness of the constituent material layer was adjusted by repeating the printing and drying steps, and 1, 2 and 3 degrees transfer sheets were produced according to the number of times of printing.

(실시 예 3)(Example 3)

실시 예 2에서 제작된 연료극 전사지는 물에 담가 수용성 점착층이 분해되면, 구성 소재층과 흡수성 대지로 분리한 후, 코어-쉘 연료극 전사지를 세라믹 지지체 위에 감아서 적층하고, 그 위에 전해질 전사지를 적층한 후, 1450℃에서 동시 소성하였고, 소성이 완료된 지지체 위에 공기극을 적층한 후, 1250℃에서 소성하여 다전지식 고체산화물연료전지 셀-스택을 제작하였다. 도 2에 나타난 전기전도도 결과와 같이 상용 니켈/이트리아 안정화 지르코니아 연료극과 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극은 모두 금속 거동을 나타내었고, 800℃에서 각각 2,779 및 3,962 Scm-1의 값을 나타내는데, 이는 코어-쉘 구조에 따른 균일 분포된 니켈-메탈과 이트리아 안정화 지르코니아에 의해 입성장이 서로 억제되어 균일한 구조로 형성되었기 때문이다.
When the water-soluble adhesive layer is decomposed by immersion in water, the fuel electrode transfer paper produced in Example 2 is separated into a constituent material layer and an absorbent sheet, and then the core-shell fuel electrode transfer sheet is wound on a ceramic support and laminated. Then, co-firing was performed at 1450 ° C., air electrodes were laminated on the fired support, and fired at 1250 ° C. to fabricate a multi-layered solid oxide fuel cell stack. As shown in FIG. 2, both the commercial nickel / yttria-stabilized zirconia fuel electrode and the nickel-metal (Fe, Co, Cu) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core- And values of 2,779 and 3,962 Scm -1 at 800 ° C, respectively, because the uniformly distributed nickel-metal and yttria-stabilized zirconia according to the core-shell structure inhibited the grain growth and formed a uniform structure .

(실험 예 1)(Experimental Example 1)

상용 니켈/이트리아 안정화 지르코니아 연료극전사지와 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극전사지를 세라믹 지지체 위에 적층하여 제작한 다전지식 고체산화물연료전지 2 셀-스택의 전류밀도에 따른 개방회로전압 및 전체출력 결과를 도 3에 나타내었다. 측정조건은 연료로 3% 가습된 수소를 사용하고, 산화제로 공기를 사용하여 실시하였다. 상용 니켈/이트리아 안정화 지르코니아 연료극과 니켈(Ni)-메탈(Fe, Co, Cu 등)/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 코어-쉘 연료극을 적용했을 경우 개방회로전압은 800℃에서 각각 1.79V 및 1.80V를 나타내었고, 최대출력은 각각 422.4mW 및 528.0mW을 나타내었다. 이는 균일한 구조로 연료극이 형성되어 전도 경로가 증가했기 때문이다.
A multi-component solid oxide fuel produced by laminating a commercially available nickel / yttria-stabilized zirconia fuel electrode transfer sheet and a nickel-metal (Fe, Co, Cu) / yttria stabilized zirconia (YSZ) The open circuit voltage and overall output results with current density of the cell 2-cell stack are shown in FIG. The measurement conditions were 3% humidified hydrogen as fuel and air as oxidant. Open circuit voltage of commercial nickel / yttria-stabilized zirconia anode and nickel-metal (Fe, Co, Cu) / yttria stabilized zirconia (YSZ) core- 1.80V, and the maximum power was 422.4mW and 528.0mW, respectively. This is because the fuel electrode is formed with a uniform structure and the conduction path is increased.

Claims (4)

삭제delete 삭제delete 코어-쉘 분말 제조 시 출발물질로 염화니켈, 염화철, 염화코발트 및 염화구리 중 어느 하나를 코어로 사용하고, 이트리아 안정화 지르코니아를 쉘로 사용하여, 계면활성제(Cetyltrimethyl ammonium bromide, CTAB)와 균일하게 혼합한 후 하이드라진수화물(N2H4·H2O)을 첨가하는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 코어-쉘 연료극 분말 제조방법.In the preparation of the core-shell powder, any one of nickel chloride, iron chloride, cobalt chloride and copper chloride is used as a starting material and yttria-stabilized zirconia is used as a shell to uniformly mix with a surfactant (Cetyltrimethyl ammonium bromide, CTAB) And adding hydrazine hydrate (N2H4 占 O 2O) to the core-shell fuel electrode powder for solid oxide fuel cells. 삭제delete
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