KR101854934B1 - Apparatus and methode for manufacturing anode for fuel cell, anode for solid oxide fuel cell manufactured by the same and solid oxide fuel cell including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법, 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회전 원심력을 이용하여 현탁액을 교반하고 현탁액 내의 입자들을 비중 차에 의해 분리 적층함으로써 공극의 양과 크기가 막의 길이 방향에 따라 상이하고, 그로 인해 연료 전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법, 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for forming an anode of a fuel cell, a fuel electrode of the solid oxide fuel cell produced thereby, and a solid oxide fuel cell including the fuel electrode. More particularly, the present invention relates to a solid oxide fuel cell, An apparatus and method for forming a fuel electrode of a fuel cell capable of improving the operation efficiency of a fuel cell by separating and stacking the particles by a specific gravity difference according to the length direction of the membrane and thereby increasing the amount and size of the gap, And a solid oxide fuel cell including the fuel electrode.

Description

연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법, 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지{Apparatus and methode for manufacturing anode for fuel cell, anode for solid oxide fuel cell manufactured by the same and solid oxide fuel cell including the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel electrode for a fuel cell, a fuel electrode for a solid oxide fuel cell manufactured thereby, and a solid oxide fuel cell including the same. oxide fuel cell including the same}

본 발명은 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법, 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 회전 원심력을 이용하여 현탁액을 교반하고 현탁액 내의 입자들을 비중 차에 의해 분리 적층함으로써 공극의 양과 크기가 막의 길이 방향에 따라 상이하고, 그로 인해 연료 전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법, 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for forming a fuel electrode of a fuel cell, a fuel electrode of the solid oxide fuel cell produced thereby, and a solid oxide fuel cell including the fuel electrode. More particularly, the present invention relates to a solid oxide fuel cell, An apparatus and method for forming a fuel electrode of a fuel cell capable of improving the operation efficiency of a fuel cell by separating and stacking the particles by a specific gravity difference according to the length direction of the membrane and thereby increasing the amount and size of the gap, And a solid oxide fuel cell including the fuel electrode.

일반적으로, 연료 전지는 1세대 전지인 건전지, 2세대 전지인 충전지에 이은 3세대 전지로 불리는 것으로, 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지이다. Generally, a fuel cell is a battery that is called a first-generation battery, a second-generation battery, a rechargeable battery, and a third-generation battery. The fuel cell directly converts chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy.

이러한 연료 전지의 특징은 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생성물이 연속적으로 계의 바깥으로 제거되는 과정에서 반영구적으로 전기를 생산할 수 있고, 기계적 변환에서 발생하는 손실이 없기 때문에 에너지 효율이 매우 높다는 것이다. 또한, 상기 연료 전지는 화석연료, 액체연료, 기체연료 등 다양한 연료를 사용하며, 작동온도에 따라 저온형과 고온형으로도 나눈다.A feature of such a fuel cell is that it can produce electricity semi-permanently during the continuous supply of reactants from the outside and the reaction products are continuously removed from the system, and energy efficiency is very high because there is no loss in mechanical conversion . The fuel cell uses various fuels such as fossil fuel, liquid fuel, and gaseous fuel, and is divided into a low temperature type and a high temperature type according to the operating temperature.

구체적으로, 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고체산화물 연료전지, 인산형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.Specifically, the fuel cell is classified into a phosphoric acid type fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, a phosphoric acid type fuel cell, a polymer electrolyte type or an alkaline fuel cell depending on the type of the electrolyte used. Each of these fuel cells operates basically on the same principle, but the type of fuel used, the operating temperature, the catalyst, and the electrolyte are different.

이 중에서 고체산화물 연료전지는 이온 전도성을 갖는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료 전지로써, 현존하는 연료 전지 중 가장 높은 온도(600 내지 1000℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료 전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다는 장점이 있다. Among them, the solid oxide fuel cell uses a solid oxide having an ionic conductivity as an electrolyte. The solid oxide fuel cell operates at the highest temperature (600 to 1000 ° C.) of the existing fuel cells. Since all the components are solid, The structure is simple compared with the fuel cell, there is no problem of electrolyte loss and replenishment and corrosion, and there is an advantage that the noble metal catalyst is not needed and the fuel supply through direct internal reforming is easy.

한편, 고체산화물 연료전지를 구성하는 구성 요소 중에서 연료극(일명 "애노드 전극" 혹은 "산화 전극")에는 다량의 고온 수소 가스가 전극 전면에서 균일하게 주입되어 전해질을 통해 전달되는 산소 이온과 결합할 수 있도록 공극이 존재하게 된다. 이러한 공극을 형성하기 위해서 고분자 물질이나 카본 블랙 등을 이용하고 있다. On the other hand, among the components constituting the solid oxide fuel cell, a large amount of high-temperature hydrogen gas is uniformly injected into the fuel electrode (so-called "anode electrode" There is a gap to exist. In order to form such pores, a polymer material or carbon black is used.

이때, 연료극에서는 일반적으로 전극 단면의 어느 위치에서나 동일한 정도(양과 크기를 모두 포함)의 공극이 존재하게 된다. 따라서, 종래의 연료극에서는 크기가 상대적으로 큰 공극만이 존재하는 경우에는 수소 가스의 주입은 용이하지만 산소 이온과의 반응 면적이 줄어들게 되어 효율이 저하되며, 반대로 크기가 상대적으로 작은 공극만이 존재하는 경우에는 산소 이온과의 반응 면적이 늘어나게 되지만 수소 가스의 주입이 어려워지게 되어 효율이 저하되는 문제점이 있었다. At this time, in the fuel electrode, pores having the same degree (including both the amount and the size) are generally present at any position of the electrode cross section. Therefore, in the case of a conventional anode having only a relatively large pore size, injection of hydrogen gas is easy, but the area of reaction with oxygen ions is reduced and the efficiency is lowered. Conversely, The area of reaction with oxygen ions is increased, but the injection of hydrogen gas becomes difficult and the efficiency is lowered.

따라서 연료극의 외측부(즉, 수소 가스 주입면)에서 연료극의 내측부(즉, 산소 이온과 반응하는 면)를 향하여 갈수록 공극의 수와 크기를 감소시켜 연료 전지 전체의 효율을 향상시키기 위해 공극의 크기와 양을 조절하는 연구를 지속적으로 수행하고 있지만 이를 해결하기는 매우 어려운 실정이다.
Therefore, in order to improve the efficiency of the entire fuel cell by decreasing the number and size of pores toward the inner side of the fuel electrode (that is, the side that reacts with oxygen ions) from the outer side of the fuel electrode We have been conducting research to control the amount, but it is very difficult to solve it.

(특허 문헌 1) 한국공개특허 제2006-0084583호(Patent Document 1) Korean Patent Publication No. 2006-0084583

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 회전 원심력을 이용하여 현탁액을 교반하고 현탁액 내의 입자들을 비중 차에 의해 분리 적층하는 방식으로 막을 형성하여, 막 내부에서 공극의 양과 크기가 상이하고 그로 인해 연료 전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a magnetic recording medium by stirring a suspension using a centrifugal force and separating the particles in a suspension by a specific gravity difference, The present invention provides an apparatus and method for forming a fuel electrode of a fuel cell capable of improving the operation efficiency of the fuel cell.

또한 본 발명의 목적은, 상기 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a fuel electrode of a solid oxide fuel cell manufactured by the fuel electrode forming apparatus and method of the fuel cell.

또한 본 발명의 목적은, 상기 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극을 포함하는 고체산화물 연료전지를 제공하는 것이다.
It is also an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell including a fuel electrode of a solid oxide fuel cell manufactured by the fuel electrode forming apparatus and method of the fuel cell.

본 발명은 연료전지의 연료극 형성 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치는, 현탁액을 수용할 수 있는 하나 이상의 현탁액 수용부; 상기 현탁액 수용부와 연결되어 상기 현탁액 수용부에 회전 원심력을 부여하는 교반 날개부; 및 상기 교반 날개부를 회전 구동시키는 구동 모터;를 포함하고, 상기 현탁액은 상기 회전 원심력에 의해 회전 교반되고, 그로 인해 상기 현탁액 내의 하나 이상의 입자들은 비중 차에 의해 분리 적층되어 일정한 막을 형성하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for forming an anode of a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: at least one suspension accommodating portion capable of accommodating a suspension; A stirring vane portion connected to the suspension receiving portion and applying a rotating centrifugal force to the suspension receiving portion; And a driving motor for rotating and driving the stirring vane part, wherein the suspension is rotationally stirred by the rotation centrifugal force, whereby one or more particles in the suspension are separated and stacked by a specific gravity difference to form a constant film. do.

바람직하게는, 상기 연료전지의 연료극 형성 장치는, 상기 현탁액 수용부 및 상기 교반 날개부를 수용하는 진공 챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the fuel electrode forming apparatus of the fuel cell further includes a vacuum chamber for receiving the suspension containing portion and the stirring wing portion.

바람직하게는, 상기 연료전지의 연료극 형성 장치는, 상기 회전 원심력에 의해 회전 교반되어 분리 적층된 상기 막을 가열 건조하는 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the fuel electrode forming apparatus of the fuel cell further includes a heater for heating and drying the membrane, which is rotationally stirred by the rotation centrifugal force to separate and laminate the membrane.

바람직하게는, 상기 현탁액 수용부는 원통형으로 형성되어 상기 교반 날개부에 착탈 가능하게 결합되며, 그리고 상기 현탁액 수용부의 하측부는 평면형으로 형성되거나 혹은 내부에 평면 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the suspension receiving portion is formed in a cylindrical shape and is detachably coupled to the stirring wing portion, and the lower portion of the suspension receiving portion is formed in a planar shape or further includes a planar member therein.

바람직하게는, 상기 연료전지의 연료극 형성 장치는, 상기 구동 모터의 회전 속도, 회전 시간, 상기 진공 챔버의 진공도, 상기 히터의 가열 온도 및 가열 시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the fuel electrode forming apparatus of the fuel cell further includes a control unit for controlling at least one of a rotation speed of the driving motor, a rotation time, a vacuum degree of the vacuum chamber, a heating temperature of the heater, and a heating time .

또한 본 발명은 연료전지의 연료극 형성 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 방법은 (a) 현탁액을 제조하는 단계; (b) 상기 현탁액을 회전 원심력에 의해 회전 교반시켜, 그로 인해 상기 현탁액 내의 하나 이상의 입자들을 비중 차에 의해 분리 적층하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에 의해 형성된 막을 가열 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a fuel electrode of a fuel cell, comprising the steps of: (a) preparing a suspension; (b) rotating the suspension by rotary centrifugal force, thereby separating one or more particles in the suspension by a specific gravity difference; And (c) heating and drying the film formed by the step (b).

바람직하게는, 상기 현탁액은, 용매로서 톨루엔이 사용되고, 고체 입자로서 무기입자, 산화니켈 및 카본 블랙 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the suspension is characterized in that toluene is used as a solvent and at least one of inorganic particles, nickel oxide and carbon black is contained as solid particles.

바람직하게는, 상기 현탁액의 점도는 1,000 내지 2000 cps 범위인 것을 특징으로 한다. Preferably, the viscosity of the suspension is in the range of 1,000 to 2,000 cps.

바람직하게는, 상기 (b) 단계는, 3,000 rpm 내지 5,000 rpm 범위에서 20분 내지 40분 동안 수행되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the step (b) is performed at a temperature in the range of 3,000 rpm to 5,000 rpm for 20 minutes to 40 minutes.

바람직하게는, 상기 (c) 단계는, 90℃ 내지 110℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the step (c) is carried out at 90 to 110 ° C.

또한 본 발명은 고체산화물 연료전지의 연료극에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 연료극은 상술된 연료전지의 연료극 형성 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. Further, the present invention relates to a fuel electrode of a solid oxide fuel cell, wherein a fuel electrode of a solid oxide fuel cell according to the present invention is manufactured by the above-described method of forming a fuel electrode of a fuel cell.

또한 본 발명은 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 상술된 연료전지의 연료극 형성 방법에 의해 제조된 연료극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention also relates to a solid oxide fuel cell, wherein the solid oxide fuel cell according to the present invention is characterized by including a fuel electrode manufactured by the fuel electrode forming method of the fuel cell described above.

본 발명에 따르면, 일정한 방향으로 공극의 양과 크기가 상이한 막을 보다 효과적으로 형성할 수 있게 된다. According to the present invention, it is possible to more effectively form a film having a different amount and size of pores in a certain direction.

또한 이러한 막을 연료전지의 연료극에 적용하는 경우 연료전지 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 발생한다. In addition, when such a membrane is applied to a fuel electrode of a fuel cell, the effect of improving fuel cell efficiency occurs.

구체적으로, 연료극의 외측부(즉, 수소 가스 주입면)에는 상대적으로 큰 공극이 다수 존재함으로써 수소 가스의 주입이 보다 용이해지며, 연료극의 내측부(즉, 산소 이온과 반응하는 면)에는 상대적으로 작은 공극이 다수 존재함으로써 산소 이온과의 반응 면적이 증가하게 되어 반응성이 보다 향상되게 된다. Specifically, the presence of a large number of relatively large voids in the outer portion of the fuel electrode (i.e., the hydrogen gas injection surface) facilitates the injection of hydrogen gas, and the relatively small portion of the inner portion of the fuel electrode Due to the presence of many pores, the area of reaction with oxygen ions increases and the reactivity is further improved.

즉, 연료극 단면에서 연료 주입부에서 반응부 측으로 갈수록 공극의 크기와 양이 달라지게 되어 연료전지의 효율이 향상되게 된다.
That is, the size and amount of the pores vary from the fuel injecting portion to the reaction portion side in the fuel electrode cross section, thereby improving the efficiency of the fuel cell.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2(a), (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)에 사용되는 현탁액 수용부(10)의 다양한 일례를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)에 의해 원심 분리된 현탁액 및 현탁액 내의 입자들의 분리 적층된 모습을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)에 의해 제조된 연료극의 단면을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다. FIG. 1 is a view schematically showing a fuel electrode forming apparatus 100 of a fuel cell according to an embodiment of the present invention,
2 (a) and 2 (b) are views showing various examples of the suspension accommodating portion 10 used in the fuel electrode forming apparatus 100 of the fuel cell according to the embodiment of the present invention,
3 is a view schematically showing a separated laminated state of particles in a suspension and a suspension centrifuged by the fuel electrode forming apparatus 100 of a fuel cell according to an embodiment of the present invention,
4 is a schematic cross-sectional view of a fuel electrode manufactured by the fuel electrode forming apparatus 100 of a fuel cell according to an embodiment of the present invention,
5 is a flowchart showing a method of forming a fuel electrode of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치 및 방법, 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
An apparatus and method for forming a fuel electrode of a fuel cell according to the present invention, a fuel electrode of a solid oxide fuel cell manufactured thereby, and a solid oxide fuel cell including the fuel electrode will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, the definitions of these terms should be described based on the contents throughout this specification.

연료전지의 Fuel cell 연료극Anode 형성 장치(100) Forming apparatus 100,

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2(a), (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)에 사용되는 현탁액 수용부(10)의 다양한 일례를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)에 의해 원심 분리된 현탁액 및 현탁액 내의 입자들의 분리 적층된 모습을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)에 의해 제조된 연료극의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 1 is a schematic view of a fuel electrode forming apparatus 100 of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 (a) and 2 (b) FIG. 3 is a view showing various examples of the suspension accommodating portion 10 used in the fuel cell forming apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross- FIG. 4 is a view schematically showing a cross section of a fuel electrode produced by the fuel electrode forming apparatus 100 of a fuel cell according to an embodiment of the present invention .

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)를 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a fuel electrode forming apparatus 100 of a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)는 현탁액 수용부(10), 교반 날개부(20) 및 구동 모터(30)를 기본적으로 포함한다. 또한 진공 챔버(40), 히터(50) 및 제어부(60)를 추가적으로 포함할 수 있다. The fuel electrode forming apparatus 100 of the fuel cell according to the embodiment of the present invention basically includes the suspension accommodating portion 10, the stirring wing portion 20, and the driving motor 30. And may further include a vacuum chamber 40, a heater 50, and a control unit 60.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)는 기타 추가적인 구성 요소를 더 포함할 수 있으나, 본 발명의 핵심적인 기술 요소에 해당되지 않는 한 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
Meanwhile, the fuel electrode forming apparatus 100 of a fuel cell according to an embodiment of the present invention may further include other additional components, but a detailed description thereof will be omitted unless it is a core technical element of the present invention .

현탁액 수용부(10)는 현탁액을 수용하는 역할을 하며 하나 이상 존재하게 된다. 이때, 이러한 현탁액 수용부(10)는 원통형으로 형성되며 후술되는 교반 날개부(20)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 이유는 현탁액 수용부(10)에 원하는 종류의 현탁액을 보다 용이하게 주입할 수 있기 위함이다. The suspension accommodating portion 10 serves to accommodate the suspension, and one or more suspensions are present. At this time, the suspension receiving portion 10 is formed in a cylindrical shape and can be detachably coupled to a stirring wing portion 20 described later. The reason for this is that it is possible to inject a suspension of a desired kind into the suspension accommodating portion 10 more easily.

현탁액 수용부(10)는 도 2에서 도시된 바와 같이, 하측부가 평면형으로 형성되거나(도 2의 (b) 참고) 혹은 현탁액 수용부(10) 내부에 평면부재(10a)를 추가함으로써 하측부가 평면을 가지도록 구성될 수 있다. 이러한 이유는 현탁액 수용부(10)가 원심력에 의해 회전 교반되는 경우 현탁액 내의 입자들이 비중 차에 의해 적층되는 경우 일정한 평면형의 막을 형성하기 위함이다. 2, the lower portion of the suspension accommodating portion 10 is formed in a planar shape (see FIG. 2 (b)), or by adding a flat member 10a inside the suspension accommodating portion 10, . ≪ / RTI > The reason for this is to form a uniform planar film when particles in the suspension are stacked due to the difference in specific gravity when the suspension accommodating portion 10 is rotated and stirred by centrifugal force.

이때 현탁액 수용부(10)는 일반적으로 유리나 투명한 재질로 구성되며, 평면부재(10a) 금속이나 기타 재질들, 즉 회전 원심력에 의해 파손되지 않는 재질로 구성될 수 있음을 유의한다.
At this time, it is noted that the suspension accommodating portion 10 is generally made of glass or a transparent material, and may be made of a metal or other materials of the flat member 10a, that is, a material that is not damaged by the centrifugal force.

교반 날개부(20)는 현탁액 수용부(10)와 연결되어 현탁액 수용부(10)에 회전 원심력을 부여하는 역할을 수행한다. The stirring wing portion 20 is connected to the suspension receiving portion 10 and serves to impart rotational centrifugal force to the suspension receiving portion 10.

이를 위해 교반 날개부(20)의 일측은 현탁액 수용부(10)와 결합되며 교반 날개부(20)의 타측은 후술되는 구동 모터(30)와 연결되게 된다. 즉 이러한 구성으로 인하여 교반 날개부(20)는 구동 모터(30)의 회전력을 이용 및 전달하여 현탁액 수용부(10)에 회전 원심력을 부여하게 된다. For this, one side of the stirring wing 20 is coupled to the suspension receiving portion 10 and the other side of the stirring wing 20 is connected to the driving motor 30 described later. That is, due to such a configuration, the stirring wing 20 uses and transmits the rotational force of the driving motor 30 to impart the centrifugal force to the suspension receiving portion 10.

한편, 이러한 교반 날개부(20)는 공지된 구성 요소를 이용함으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
Meanwhile, since the stirring wing 20 uses known components, a detailed description thereof will be omitted.

구동 모터(30)는 상술된 교반 날개부(20)를 직접적으로 회전시키는 역할을 수행한다. 이러한 구동 모터(30)는 회전축을 매개로 하여 교반 날개부(20)와 연결되며 구동 모터(30)는 교반 날개부(20)를 회전시킬 수 있는 한 그 종류가 특별히 제한되지 않음을 유의한다. 다만 이러한 구동 모터(30)를 작동시키기 위한 전원부 등의 기타 구성 요소들에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
The drive motor 30 serves to directly rotate the above-described stirring wing 20. It should be noted that the type of the driving motor 30 is not particularly limited as long as the driving motor 30 is connected to the stirring wing 20 via the rotation shaft and the driving motor 30 can rotate the stirring wing 20. However, other components such as a power source for operating the driving motor 30 will not be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)는 진공 챔버(40), 히터(50) 및 제어부(60)를 추가적으로 더 포함할 수 있다. The fuel electrode forming apparatus 100 of the fuel cell according to an embodiment of the present invention may further include a vacuum chamber 40, a heater 50, and a control unit 60.

진공 챔버(40)는 현탁액 수용부(10) 및 교반 날개부(20)를 수용하며, 보다 효율적으로 현탁액 수용부(10)에 회전 원심력이 제공될 수 있도록 챔버 내를 진공으로 형성하는 역할을 수행한다. The vacuum chamber 40 accommodates the suspension accommodating unit 10 and the stirring wing unit 20 and functions to vacuum the inside of the chamber so that the centrifugal force can be more effectively provided to the suspension accommodating unit 10 do.

히터(50)는 회전 원심력에 의해 회전 교반되어 분리 적층된 막을 일정한 온도에서 건조시킴으로써 막 내부에 일정한 공극 혹은 기공을 형성하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 막 내부에 카본 블랙 입자가 존재하는 경우 이를 번-아웃(burn-out)시켜 공극 혹은 기공을 형성하게 한다. The heater 50 is rotated and stirred by the centrifugal force to dry the separated and laminated film at a predetermined temperature, thereby forming a certain void or pore in the film. For example, if carbon black particles are present in the film, they are burned out to form voids or pores.

제어부(60)는 구동 모터(30), 진공 챔버(40) 및 히터(50) 등과 연결되어 이러한 구성 요소를 제어하는 역할을 수행한다.The control unit 60 is connected to the drive motor 30, the vacuum chamber 40, the heater 50, and the like to control these components.

이때, 제어부(60)는 구동 모터(30)의 회전 속도, 회전 시간, 진공 챔버(40)의 진공도, 히터(50)의 가열(혹은 건조) 온도 및 가열 시간 중 어느 하나 이상을 제어할 수 있음에 유의한다. At this time, the control unit 60 can control at least one of the rotation speed of the driving motor 30, the rotation time, the vacuum degree of the vacuum chamber 40, the heating (or drying) temperature of the heater 50, .

이러한 제어부(60)의 구성으로 인하여, 다양한 종류의 입자들로 구성된 현탁액이나 혹은 점도가 상이한 현탁액인 경우에도, 회전 속도 및 시간을 용이하게 조절하고 또한 건조 온도 및 시간을 용이하게 조절함으로써, 서로 상이한 공극의 크기나 수를 포함하는 막을 제조할 수 있게 된다.
Due to the constitution of the controller 60, even in the case of a suspension composed of various kinds of particles or suspensions having different viscosities, it is possible to easily adjust the rotation speed and time, and easily adjust the drying temperature and time, It becomes possible to manufacture a membrane including the size and number of voids.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 장치(100)의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다. The operation principle of the fuel electrode forming apparatus 100 of the fuel cell according to one embodiment of the present invention will now be described.

현탁액 수용부(10)에 일정한 성분이나 특정한 입자를 포함하는 현탁액을 주입하고 구동 모터(30)를 구동시켜 교반 날개부(20)를 통해 현탁액 수용부(10)를 회전시키게 된다. 이때, 현탁액 수용부(10) 내의 현탁액은 회전 원심력에 의해 회전 교반되게 되며, 그로 인해 현탁액 내의 입자들은 고유의 비중 차에 의해 분리 적층(혹은 퇴적)되면서 일정한 막을 형성하게 된다. 이러한 방식으로 형성되는 막은 도 3에 도시된 바와 같이, 하측부에는 비중이 무거운 입자들(예를 들어, 무기 입자나 산화 니켈과 같은 입자들)이 상대적으로 많이 적층되며, 상측부에는 비중이 가벼운 입자들(예를 들어, 카본 블랙과 같은 입자들)이 상대적으로 많이 적층되게 된다. 그리고 나서, 형성된 막을 후술되는 히터(50)에 의해 고온 건조하는 경우에는 카본 블랙 입자가 번-아웃(burn-out)됨으로써 상대적으로 다른 크기와 다른 수의 공극을 구비하는 막(즉 기공도가 상이한 막)을 제조할 수 있게 된다. A suspension containing certain components or specific particles is injected into the suspension receiving part 10 and the driving motor 30 is driven to rotate the suspension receiving part 10 through the stirring wing part 20. [ At this time, the suspension in the suspension accommodating portion 10 is rotated and agitated by the rotating centrifugal force, so that the particles in the suspension are separated and deposited (or deposited) by the inherent specific gravity difference to form a constant film. As shown in FIG. 3, the film formed in this manner has a relatively large number of particles having a large specific gravity (for example, particles such as inorganic particles or nickel oxide) on the lower side, Relatively large numbers of particles (e.g., particles such as carbon black) are deposited. Then, when the formed film is dried at a high temperature by a heater 50 described later, the carbon black particles are burned out, so that a film having a relatively different size and a different number of voids (that is, Film) can be produced.

또한 이러한 막을 고체산화물 연료전지의 연료극으로 이용할 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 경우에는 연료극의 외측부(즉, 수소 가스 주입면)에는 상대적으로 큰 공극이 다수 존재함으로써 수소 가스의 주입이 보다 용이해지며, 연료극의 내측부(즉, 산소 이온과 반응하는 면)에는 상대적으로 작은 공극이 다수 존재함으로써 산소 이온과의 반응 면적이 증가하게 되어 반응성이 보다 향상되게 된다. 즉, 연료극 단면에서 연료 주입부에서 반응부 측으로 갈수록 공극의 크기와 양이 달라지게 되어 연료전지의 효율이 향상되게 된다.
In this case, as shown in FIG. 4, since there are a large number of relatively large voids in the outer portion of the anode (i.e., the hydrogen gas injection surface), the hydrogen gas is injected into the solid oxide fuel cell And the presence of a large number of relatively small pores in the inner portion of the anode (i.e., the surface that reacts with oxygen ions) increases the reaction area with oxygen ions, thereby further improving the reactivity. That is, the size and amount of the pores vary from the fuel injecting portion to the reaction portion side in the fuel electrode cross section, thereby improving the efficiency of the fuel cell.

연료전지의 Fuel cell 연료극Anode 형성 방법 How to form

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 5 is a flowchart showing a method of forming a fuel electrode of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a fuel electrode forming method of a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 방법은 (a) 현탁액을 제조하는 단계; (b) 상기 현탁액을 회전 원심력에 의해 회전 교반시켜, 그로 인해 상기 현탁액 내의 하나 이상의 입자들을 비중 차에 의해 분리 적층하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에 의해 형성된 막을 가열 건조하는 단계;를 포함한다.
A method of forming a fuel electrode of a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (a) preparing a suspension; (b) rotating the suspension by rotary centrifugal force, thereby separating one or more particles in the suspension by a specific gravity difference; And (c) heating and drying the film formed by the step (b).

(a) 단계는 현탁액을 제조한 단계로서, 용매로서 톨루엔이 사용되고, 고체 입자로서 무기입자, 산화니켈 및 카본 블랙 중 어느 하나 이상이 포함될 수 있다.(a) is a step of preparing a suspension, wherein toluene is used as a solvent, and at least one of inorganic particles, nickel oxide, and carbon black may be contained as solid particles.

이러한 현탁액의 구성은 연료전지의 연료극을 형성할 때 사용되는 구성으로서, 제조하려는 종류의 막에 따라 다양한 입자들이 추가되거나 변경되어 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지 않음을 유의한다. Note that the configuration of such a suspension is a configuration used when forming the fuel electrode of a fuel cell, and various particles may be added or modified depending on the type of membrane to be produced, and the present invention is not limited thereto.

이때 이러한 현탁액은 톨루엔 용매 상에 고형분 30%인 것이 바람직하며, 점도는 1,000 내지 2000 cps 범위인 것이 바람직하나, 상술된 바와 같이 이러한 점도 범위에 제한되지 않음을 유의한다.
It is preferred that this suspension is 30% solids in toluene solvent and that the viscosity is in the range of 1,000 to 2000 cps, but it is not limited to this viscosity range as described above.

(b) 단계는, 현탁액을 회전 원심력에 의해 회전 교반하고 이를 통하여 막을 형성하는 단계이다. 구체적으로 (b) 단계에 의하면, 현탁액은 회전 원심력에 의해 회전 교반되게 되며, 그로 인해 현탁액 내의 입자들은 고유의 비중 차에 의해 분리 적층(혹은 퇴적)되면서 일정한 막을 형성하게 된다. In the step (b), the suspension is stirred by rotating centrifugal force to form a film. Specifically, according to the step (b), the suspension is rotated and agitated by the centrifugal force, so that the particles in the suspension are separated and deposited (or deposited) by a specific gravity difference to form a uniform film.

이때, 현탁액은 3,000 rpm 내지 5,000 rpm 범위에서 20분 내지 40분 동안 수행되는 것이 바람직하나, 현탁액의 점도 및 구성 입자들의 종류에 따라 회전 속도 및 시간은 변동될 수 있음을 유의한다.
At this time, it is preferable that the suspension is performed at a range of 3,000 rpm to 5,000 rpm for 20 minutes to 40 minutes, but note that the rotation speed and time may vary depending on the viscosity of the suspension and the kind of constituent particles.

(c) 단계는 형성된 막을 고온 건조하는 단계이다. 구체적으로 (c) 단계에 의하면, 고온 건조에 의해 막 내부에 위치하는 카본 블랙 입자가 번-아웃(burn-out)됨으로써 상대적으로 다른 크기와 다른 수의 공극을 구비하는 막(즉 기공도가 상이한 막)을 제조하게 된다. Step (c) is a step of drying the formed film at a high temperature. Specifically, according to the step (c), the carbon black particles positioned inside the film are burned out by the high-temperature drying, so that a film having a relatively different size and a different number of voids (that is, Membrane).

이때, (c) 단계는 약 90℃ 내지 110℃에서 수행되는 것이 바람직하나, 상술된 바와 같이 구성 입자들의 종류에 따라 변동될 수 있음을 유의한다.
Note that the step (c) is preferably performed at about 90 ° C to 110 ° C, but may be varied depending on the types of constituent particles as described above.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 연료극 형성 방법에 의하면 일정한 방향으로 공극의 양과 크기가 상이한 막을 보다 효과적으로 형성할 수 있게 되며, 이러한 막을 연료전지의 연료극에 적용하는 경우, 연료극의 외측부(즉, 수소 가스 주입면)에는 상대적으로 큰 공극이 다수 존재함으로써 수소 가스의 주입이 보다 용이해지며, 연료극의 내측부(즉, 산소 이온과 반응하는 면)에는 상대적으로 작은 공극이 다수 존재함으로써 산소 이온과의 반응 면적이 증가하게 되어 반응성이 보다 향상됨으로써 연료전지 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 발생한다.
As described above, according to the method of forming a fuel electrode of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, it is possible to more effectively form a membrane having a different amount and size of pores in a certain direction. When such a membrane is applied to a fuel electrode of a fuel cell, The presence of a large number of relatively large pores on the outer side (i.e., the hydrogen gas injection side) facilitates the injection of hydrogen gas, and the presence of a relatively small number of pores in the inner side of the fuel electrode The reaction area with the oxygen ions is increased, and the reactivity is further improved, so that the fuel cell efficiency can be improved.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the present invention can be changed.

10 : 현탁액 수용부
20 : 교반 날개부
30 : 구동 모터
40 : 진공 챔버
50 : 히터
60 : 제어부
100 : 연료극 형성 장치 10: Suspension container
20: stirring wing
30: drive motor
40: vacuum chamber
50: heater
60:
100: fuel electrode forming device

Claims (12)

현탁액을 수용할 수 있는 하나 이상의 현탁액 수용부;
상기 현탁액 수용부와 연결되어 상기 현탁액 수용부에 회전 원심력을 부여하는 교반 날개부; 및
상기 교반 날개부를 회전 구동시키는 구동 모터; 및
상기 현탁액 수용부 및 상기 교반 날개부를 수용하는 진공 챔버;를 포함하고,
상기 현탁액은 상기 회전 원심력에 의해 회전 교반되고, 그로 인해 상기 현탁액 내의 하나 이상의 입자들은 비중 차에 의해 분리 적층되어 공극의 양과 크기가 막의 길이 방향에 따라 상이한 막을 형성하는 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 장치.
At least one suspension receiving portion capable of receiving the suspension;
A stirring vane portion connected to the suspension receiving portion and applying a rotating centrifugal force to the suspension receiving portion; And
A driving motor for rotating the stirring vane; And
And a vacuum chamber for accommodating the suspension accommodating portion and the stirring wing portion,
Wherein the suspension is agitated by the rotary centrifugal force so that one or more particles in the suspension are layered and separated by a specific gravity difference so that the amount and size of the pores form a different film along the length of the membrane.
An apparatus for forming a fuel electrode for a fuel cell.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연료전지의 연료극 형성 장치는,
상기 회전 원심력에 의해 회전 교반되어 분리 적층된 상기 막을 가열 건조하는 히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 장치.
The method according to claim 1,
The fuel electrode forming apparatus of the fuel cell includes:
And a heater for heating and drying the separated and laminated film by rotating and stirring by the rotary centrifugal force.
An apparatus for forming a fuel electrode for a fuel cell.
제1항에 있어서,
상기 현탁액 수용부는 원통형으로 형성되어 상기 교반 날개부에 착탈 가능하게 결합되며, 그리고 상기 현탁액 수용부의 하측부는 평면형으로 형성되거나 혹은 내부에 평면 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the suspension receiving portion is formed in a cylindrical shape and is detachably coupled to the stirring wing portion, and a lower portion of the suspension receiving portion is formed in a flat shape or further includes a flat member in the inside.
An apparatus for forming a fuel electrode for a fuel cell.
제1항에 있어서,
상기 연료전지의 연료극 형성 장치는,
상기 구동 모터의 회전 속도, 회전 시간, 상기 진공 챔버의 진공도, 히터의 가열 온도 및 가열 시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 장치.
The method according to claim 1,
The fuel electrode forming apparatus of the fuel cell includes:
Further comprising a controller for controlling at least one of a rotation speed of the driving motor, a rotation time, a vacuum degree of the vacuum chamber, a heating temperature of the heater, and a heating time.
An apparatus for forming a fuel electrode for a fuel cell.
연료전지의 연료극 형성 방법에 있어서,
(a) 현탁액을 제조하는 단계;
(b) 상기 현탁액을 회전 원심력에 의해 회전 교반시켜, 그로 인해 상기 현탁액 내의 하나 이상의 입자들을 비중 차에 의해 분리 적층하는 단계; 및
(c) 상기 분리 적층된 현탁액을 가열 건조하여 길이 방향에 따라 공극의 양과 크기가 상이한 막을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 방법.
A fuel electrode forming method of a fuel cell,
(a) preparing a suspension;
(b) rotating the suspension by rotary centrifugal force, thereby separating one or more particles in the suspension by a specific gravity difference; And
(c) heating and drying the separated laminated suspension to produce a membrane having a different amount and size of voids in the longitudinal direction.
A method of forming a fuel electrode of a fuel cell.
제6항에 있어서,
상기 현탁액은,
용매로서 톨루엔이 사용되고, 고체 입자로서 무기입자, 산화니켈 및 카본 블랙 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 방법.
The method according to claim 6,
The suspension,
Characterized in that toluene is used as a solvent and at least one of inorganic particles, nickel oxide and carbon black is contained as solid particles.
A method of forming a fuel electrode of a fuel cell.
제6항에 있어서,
상기 현탁액의 점도는 1,000 내지 2000 cps 범위인 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 방법.
The method according to claim 6,
Characterized in that the viscosity of the suspension is in the range of 1,000 to 2000 cps.
A method of forming a fuel electrode of a fuel cell.
제6항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
3,000 rpm 내지 5,000 rpm 범위에서 20분 내지 40분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 연료전지의 연료극 형성 방법.
The method according to claim 6,
The step (b)
Wherein said step (b) is carried out at a temperature in the range of 3,000 rpm to 5,000 rpm for 20 minutes to 40 minutes.
제6항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
90℃ 내지 110℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
연료전지의 연료극 형성 방법.
The method according to claim 6,
The step (c)
Lt; RTI ID = 0.0 > 110 C, < / RTI >
A method of forming a fuel electrode of a fuel cell.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 의한 연료전지의 연료극 형성 방법에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 연료극.
The fuel electrode of a solid oxide fuel cell produced by the method for forming a fuel electrode of a fuel cell according to any one of claims 6 to 10.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 의한 연료전지의 연료극 형성 방법에 의해 제조된 연료극을 포함하는 고체산화물 연료전지.11. A solid oxide fuel cell comprising a fuel electrode produced by a method for forming a fuel electrode of a fuel cell according to any one of claims 6 to 10.
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