KR102005377B1 - Integrated Molten Carbonate Fuel Cell and Manufacturing Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료극, 매트릭스 및 공기극을 일체형으로 성형함에 따라, 매트릭스 간의 단차를 최소화하여 박판금속(Wet Seal)의 사용 없이도 연료전지의 밀봉(씰링)이 가능한 일체형 용융탄산염 연료전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 일측면 또는 양측면에 홈이 형성되어 있는 매트릭스; (b) 상기 매트릭스의 일측면 홈에 삽입되는 연료극; 및 (c) 상기 매트릭스의 타측면 홈에 삽입되거나, 타측면에 결합되는 공기극을 포함하는 일체형 용융탄산염 연료전지를 제공한다.The present invention relates to a monolithic molten carbonate fuel cell capable of sealing (sealing) a fuel cell without using a thin sheet metal (Wet Seal) by minimizing the step between the matrix by forming the fuel electrode, the matrix and the air electrode integrally, and a manufacturing method thereof will be. (A) a matrix having grooves formed on one side or both sides thereof; (b) a fuel electrode inserted in one side groove of the matrix; And (c) an air electrode inserted into the other side groove of the matrix or coupled to the other side of the matrix.

Description

일체형 용융탄산염 연료전지 및 그 제조방법{Integrated Molten Carbonate Fuel Cell and Manufacturing Thereof}[0001] The present invention relates to an integrated molten carbonate fuel cell,

본 발명은 일체형 용융탄산염 연료전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료극, 매트릭스 및 공기극을 일체형으로 성형함에 따라, 매트릭스 간의 단차를 최소화하여 박판금속(Wet Seal)의 사용 없이도 연료전지의 밀봉(씰링)이 가능한 일체형 용융탄산염 연료전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated molten carbonate fuel cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an integrated molten carbonate fuel cell and a method of manufacturing the same. More particularly, And more particularly, to a monolithic molten carbonate fuel cell capable of sealing.

종래의 용융탄산염 연료전지는 연료극, 매트릭스, 공기극으로 되어 있으며, 각각 별도로 제조하는 전극 제조 공정과 제조된 전극을 조립하는 조립(Sub-Assembly) 공정으로 구성(도 1 내지 도3 참조)되어 있다. 각 구성요소의 제조공정의 세부 사항은 아래와 같다.The conventional molten carbonate fuel cell comprises a fuel electrode, a matrix, and an air electrode, and is composed of a separate electrode manufacturing process and a sub-assembly process for assembling the manufactured electrode (see FIGS. 1 to 3). Details of the manufacturing process of each component are as follows.

연료극 제조공정: 연료극 원재료 분말과 유기 결합제, 분산제 등을 유기 용매에 섞는 슬러리 공정을 거쳐 테이프 캐스팅 공정으로 시트 형태로 제조한다. 제조된 시트는 적층 공정을 통해 니켈 메쉬 또는 테이프 2장 이상을 적층한 후 크기에 맞게 절단하여 완성한다.Fuel electrode manufacturing process: It is made into a sheet form by a tape casting process through a slurry process in which an anode material powder, an organic binder, and a dispersant are mixed with an organic solvent. The produced sheet is laminated with nickel mesh or two or more sheets through a lamination process and then cut to size.

매트릭스 제조공정: 연료극과 동일한 공정으로 슬러리 공정을 거쳐 테이프 캐스팅 공정으로 시트로 제조한 후, 적층 공정으로 2장 이상을 적층하여 최종 절단하여 완성한다.Matrix manufacturing process: The slurry process is performed in the same process as the fuel electrode, and the sheet is made into a sheet by a tape casting process.

공기극 제조공정: 니켈 파우더를 흑연판에 도포하여 소결하여 소결제를 완성하고, 전해질을 그 위에 도포하여 재 소결하여 전해질을 용융시켜 함침하고 크기에 맞게 절단하여 최종 완성한다.Air electrode manufacturing process: Nickel powder is applied to a graphite plate and sintered to complete sintering. The electrolyte is coated thereon and re-sintered to melt and impregnate the electrolyte.

조립 공정: 전기와 가스를 공급하는 분리판에 제조된 각 구성요소를 적층하여 최종 전극을 완성한다.Assembly process: Each component is laminated on a separator to supply electricity and gas to complete the final electrode.

위와 같은 방법으로 전극을 조립하는 경우 일반적으로 매트릭스의 크기가 연료극 및 공기극의 크기보다 크게 제작되므로 각 구성요소를 적층하는 과정에서 단차가 발생된다(도 4의 (가)). 이러한 단차에 의해 씰링 문제가 발생될 수 있으며, 또한 응력 분포가 불균일하게 되어 크렉 등을 유발하므로, 이를 해결하기 위해 별도의 박판 금속(Wet Seal)이라 부르는 금속 부품을 추가하여 각 단차를 보정하고 씰링을 하게 된다. 이러한 박판 금속은 연료극용, 공기극용이 별도로 필요하며 두께는 각각 연료극용은 연료극 두께, 공기극용은 공기극 두께만큼으로 되어 있어 조립 후 매트릭스와 결합하게 된다. When the electrodes are assembled by the above method, generally, the size of the matrix is made larger than that of the fuel electrode and the air electrode, so that a step is generated in the step of laminating the respective components (FIG. This step may cause sealing problems, and the stress distribution may become non-uniform, causing cracks and the like. To solve this problem, a metal part called a separate sheet metal (wet seal) is added to correct each step, . These thin metal plates are separately required for fuel electrode and air electrode, and the thickness of the fuel electrode is equal to the thickness of the fuel electrode and that for the air electrode is equal to the thickness of the cathode electrode.

다만 위에 나타난 바와 같이 각 공기극 및 연료극용의 박판금속을 별도로 준비해야하며, 순서에 맞춰 조립해야하기 때문에 박판금속의 사용은 용융탄산염 연료전지의 제조단가를 높이고 있으므로 이에 관한 해결방안이 필요한 실정이다.However, as shown above, it is necessary to separately prepare sheet metal for each air electrode and fuel electrode, and since it is necessary to assemble in accordance with the order, the manufacturing cost of the molten carbonate fuel cell is increased by using the sheet metal.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 각 구성요소간의 단차를 최소화 할 수 있으며, 박판금속의 사용 없이도 밀봉이 가능한 일체형 용융탄산염 연료전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a monolithic molten carbonate fuel cell capable of minimizing a level difference between components and sealing without using a thin metal sheet, and a method of manufacturing the same.

상술한 문제를 해결하기 위해, 제1양태에 의한 본 발명은 (a) 일측면 또는 양측면에 홈이 형성되어 있는 매트릭스; (b) 상기 매트릭스의 일측면 홈에 삽입되는 연료극; 및 (c) 상기 매트릭스의 타측면 홈에 삽입되거나, 타측면에 결합되는 공기극을 포함하는 일체형 용융탄산염 연료전지를 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention according to a first aspect provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) a matrix having grooves formed on one side or both sides; (b) a fuel electrode inserted in one side groove of the matrix; And (c) an air electrode inserted into the other side groove of the matrix or coupled to the other side of the matrix.

상기 매트릭스와 연료극의 접촉면 또는 매트릭스와 연료극의 접촉면에는 요철구조 또는 웨이브 구조가 형성되어 있을 수 있다.A concavo-convex structure or a wave structure may be formed on the contact surface between the matrix and the anode or the contact surface between the matrix and the anode.

상기 매트릭스는 한 변의 길이가 50~200mm인 사각형이며, 양측면에 한 변의 길이가 40~190mm인 사각형의 홈이 형성되어 있을 수 있다.The matrix may be a square having a length of 50 to 200 mm on one side and a square groove having a side length of 40 to 190 mm on both sides.

또한 제2양태에 의한 본 발명은 (a) 성형틀에 공기극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 공기극용 혼합분말을 주입하여 공기극을 제조하는 단계; (b) 상기 공기극에 매트릭스용 성형틀을 결합하고 매트릭스용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 주입하여 공기극-매트릭스 결합체를 제조하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 제조된 공기극-매트릭스 결합체에 연료극용 성형틀을 결합하고 연료극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나 성형틀에 연료극용 혼합분말을 주입하여 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 사용하여 용융 탄산염 연료전지를 제조하는 단계를 포함하는 상기 용융 탄산염 연료전지의 제조방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an air electrode, comprising the steps of: (a) preparing an air electrode by supplying a powder mixture for an air electrode to a mold, or injecting mixed powder for the air electrode into a mold; (b) preparing an air electrode-matrix combination body by binding a matrix for a matrix to the air electrode, supplying a mixed powder for a matrix and then applying pressure thereto, or injecting mixed powder for a matrix into a molding frame; (c) combining the fuel electrode mold with the air electrode-matrix combination body manufactured in the step (b), supplying the mixed powder for the fuel electrode, and then injecting the mixed powder for the fuel electrode into the mold, Producing; And (d) fabricating a molten carbonate fuel cell using the cathode-matrix-anode assembly.

또한 제3양태에 의한 본 발명은 (a) 성형틀에 공기극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 공기극용 혼합분말을 주입하여 공기극을 제조하는 단계; (b) 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 주입하여 매트릭스를 제조하는 단계; (c) 성형틀에 연료극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 연료극용 혼합분말을 주입하여 연료극을 제조하는 단계; (d) 성형된 공기극, 매트릭스, 연료극을 결합하여 일체화하는 단계; 및 (e) 상기 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 사용하여 용융 탄산염 연료전지를 제조하는 단계를 포함하는 상기 용융 탄산염 연료전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention according to a third aspect provides a method of manufacturing an air electrode, comprising the steps of: (a) preparing an air electrode by supplying a mixed powder for an air electrode to a mold, or by injecting mixed powder for an air electrode into a mold; (b) supplying a mixed powder for a matrix to a mold, and then pressurizing the mixture; or injecting a mixed powder for a matrix into a mold to produce a matrix; (c) preparing a fuel electrode by supplying mixed powder for fuel electrode to a mold and then injecting mixed powder for fuel electrode into a mold; (d) combining and integrating the formed air electrode, the matrix, and the fuel electrode; And (e) fabricating a molten carbonate fuel cell using the cathode-matrix-anode assembly.

상기 공기극용 혼합분말, 매트릭스용 혼합분말 또는 연료극용 혼합분말은 (i) 유기 결합제로서 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 아크릴계수지; (ii) 윤활제(Wax)로서 천연왁스, 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 또는 카나우바 왁스; 및 (iii) 분산제로 스테아르산 또는 올레산을 포함할 수 있다.(I) polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA) or an acrylic resin as an organic binder; (ii) natural wax, paraffin wax, polyethylene wax or carnauba wax as a lubricant (wax); And (iii) stearic acid or oleic acid as the dispersing agent.

상기 (a) 단계, (b) 단계 또는 (c) 단계는 가압 시에는 10~100kg/㎠의 압력 및 60~150℃의 온도에서 10초~5분간 수행될 수 있으며, 주입 시에는 10~100kg/㎠의 압력 및 60~200℃의 온도에서 실시하며, 취출은 60℃ 이하에서 취출될 수 있다.The step (a), the step (b) or the step (c) may be carried out at a pressure of 10 to 100 kg / cm 2 and at a temperature of 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 5 minutes. / Cm < 2 > and a temperature of 60 to 200 DEG C, and the extraction can be taken out at a temperature of 60 DEG C or lower.

본 발명에 의한 용융탄산염 연료전지는 일체형의 구성을 가지고 있어 박판금속(Wet Seel)의 사용 없이도 연료전지의 제조가 가능하므로, 용접 등에 의한 후공정이 최소화되어 불량률이 감소하며, 연료극, 매트릭스 및 공기극을 동일한 제조공정을 이용하여 제조하므로, 제조공정이 단순해지므로 경제성 있는 연료전지의 생산이 가능하다.Since the molten carbonate fuel cell according to the present invention has an integral structure, it is possible to manufacture a fuel cell without using a wet metal sheet, so that the post-process by welding is minimized and the defect rate is reduced. Can be manufactured using the same manufacturing process, so that the production process is simplified, so that it is possible to produce an economical fuel cell.

도 1 내지 도3은 기존의 방법에 따른 용융탄산염 연료전지 제조방법의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 용융탄산염 연료전지의 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 용융탄산염 연료전지의 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 6은 (가) 기존의 용융탄산염 연료전지와 (나)본 발명의 일실시예에 의한 용융탄산염 연료전지를 비교한 그림이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 용융탄산염 연료전지의 평면도와 단면도를 나타낸 개략도이다.
1 to 3 are schematic views of a method of manufacturing a molten carbonate fuel cell according to a conventional method.
4 is a schematic view showing a method of manufacturing a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view showing a method of manufacturing a molten carbonate fuel cell according to another embodiment of the present invention.
6 is a graph comparing (a) an existing molten carbonate fuel cell and (b) a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a plan view and a cross-sectional view of a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를"포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Throughout the specification, when an element is referred to as "including " an element, it means that it can include other elements, not excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

제1양태에 의한 본 발명은 (a) 일측면 또는 양측면에 홈이 형성되어 있는 매트릭스; (b) 상기 매트릭스의 일측면 홈에 삽입되는 연료극; 및 (c) 상기 매트릭스의 타측면 홈에 삽입되거나, 타측면에 결합되는 공기극;을 포함하는 일체형 용융탄산염 연료전지를 제공한다.(A) a matrix having grooves formed on one side or both sides thereof; (b) a fuel electrode inserted in one side groove of the matrix; And (c) an air electrode inserted into the other side groove of the matrix or coupled to the other side of the matrix.

상기 매트릭스는 공기극과 연료극을 분리하며, 전해질의 이동이 가능한 분리막의 일종으로, 최외곽 매트릭스의 경우 밀봉(씰링)의 기능도 포함하고 있다. 또한 상기 매트릭스는 용융된 전해질을 포함하고 있어, 공기극에서 생성된 탄산이온이 연료극으로 이동할 수 있는 통로의 역할을 한다. The matrix is a kind of separation membrane that separates the air electrode and the fuel electrode from each other and enables the movement of the electrolyte. In the case of the outermost matrix, the matrix also functions as a sealing. Further, the matrix includes a molten electrolyte, and serves as a passage through which carbonate ions generated in the air electrode can move to the anode.

따라서 이러한 매트릭스는 공기극과 연료극의 접촉을 막기 위하여 공기극 및 연료극의 크기보다 크게 제작되는 것이 일반적이다. 하지만 매트릭스의 크기와 공기극 및 연료극의 크기가 차이가 남에 따라, 매트릭스와 각 전극(공기극 및 연료극)의 두께를 균일하게 하기 위하여 전극의 테두리를 따라 박판금속을 배치하여 각 셀이 균일한 두께를 가지도록 하였다. Therefore, in order to prevent contact between the air electrode and the fuel electrode, such a matrix is generally made larger than the size of the air electrode and the fuel electrode. However, as the size of the matrix and the sizes of the air electrode and the fuel electrode are different, a thin metal plate is arranged along the edge of the electrode to uniformize the thickness of the matrix and each electrode (air electrode and anode) .

하지만 본 발명에서는 상기 매트릭스의 일측면 또는 양측면에 사각형의 홈을 형성하여 상기 홈에 각 전극을 배치함에 따라, 매트릭스가 박판금속의 역할을 동시에 수행하도록 하였다. 이때 상기 매트릭스는 한 변의 길이가 50~500mm인 사각형이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80~130mm, 가장 바람직하게는 100~120mm일 수 있다. 또한 상기 매트릭스의 일측면 또는 양측면에는 한 변의 길이가 40~490mm, 바람직하게는 70~120mm, 더욱 바람직하게는 90~110mm인 사각형의 홈이 형성될 수 있다(도 6 및 도 7). 따라서 상기 매트릭스는 각 전극에 비하여 사방으로 5~20mm씩 더 크게 제작된다. 또한 상기 매트릭스는 Li-AlO2, Li2CO3, Al, Al2O3 Powder를 포함할 수 있다.However, in the present invention, a square groove is formed on one side or both sides of the matrix, and each electrode is disposed in the groove, so that the matrix plays a role of a thin metal. At this time, the matrix preferably has a length of 50 to 500 mm on one side, more preferably 80 to 130 mm, and most preferably 100 to 120 mm. In addition, a rectangular groove having a length of 40 to 490 mm, preferably 70 to 120 mm, and more preferably 90 to 110 mm may be formed on one side or both sides of the matrix (FIGS. 6 and 7). Therefore, the matrix is made larger by 5 to 20 mm in four directions than the electrodes. In addition, the matrix may include a Li-AlO 2, Li 2 CO 3, Al, Al 2 O 3 Powder.

또한 상기 매트릭스는 가장 두꺼운 부분의 두께가 1.5~2.5mm로 제작되며, 일측면의 홈은 깊이가 0.2~0.6mm로 제작되어 연료극이 삽입되며, 타측면의 홈은 깊이가 0.2~1mm로 제작되어 공기극이 삽입된다. 또한 각 전극은 홈의 깊이와 동일한 두께로 제작되어 삽입되는 것이 바람직하다. 아울러 매트릭스의 타측면에 홈을 형성하지 않는 경우 공기극은 상기 매트릭스에 부착되어 사용될 수 있다.The thickness of the thickest portion of the matrix is 1.5 to 2.5 mm. The grooves of one side are formed to have a depth of 0.2 to 0.6 mm and the fuel electrode is inserted. The grooves of the other side are formed to have a depth of 0.2 to 1 mm The air electrode is inserted. It is preferable that each of the electrodes is formed to have the same thickness as the depth of the groove and inserted. If a groove is not formed on the other side of the matrix, the air electrode may be attached to the matrix and used.

상기 연료극은 공기극에서 공급되는 탄산이온과 내부개질을 통하여 공급되는 수소가 반응하여 전자를 발생시키는 전극으로, Ni-3Al 또는 Ni-4Cr을 포함할 수 있다. 상기 연료극은 공기극과 동일한 크기로 제작될 수 있지만, 두께는 공기극보다 얇은 0.2~0.6mm로 제작되는 것이 바람직하다. 또한 상기 연료극은 수소를 포함하는 연료가 통과 가능하도록 다공성물질로 제작될 수 있다. The fuel electrode may include Ni-3Al or Ni-4Cr as an electrode for generating electrons by reaction between carbonate ions supplied from the air electrode and hydrogen supplied through internal reforming. The fuel electrode may be made to have the same size as the air electrode, but the thickness is preferably 0.2 to 0.6 mm, which is thinner than the air electrode. The fuel electrode may be made of a porous material so that fuel containing hydrogen can pass through the fuel electrode.

상기 공기극은 공급된 이산화탄소와 산소 및 이동한 전자가 결합되어 탄산이온을 생성하는 전극으로, 니켈파우더, 전해질파우더 등을 이용하여 제작될 수 있다. 또한 상기 공기극은 두께 0.2~1mm를 가지며, 한 변의 길이가 40~190mm로 되어 있어, 매트릭스의 홈과 일체화되어 제작될 수 있다. 또한 상기 공기극은 산소를 포함하는 기체가 통과할 수 있도록 다공성 물질로 제작될 수 있다.The cathode may be manufactured using nickel powder, electrolyte powder, or the like, which is an electrode for generating carbon dioxide by coupling the supplied carbon dioxide, oxygen and moving electrons. Further, the air electrode has a thickness of 0.2 to 1 mm and a length of 40 to 190 mm on one side, and can be manufactured by integrating with the grooves of the matrix. The air electrode may be made of a porous material so that a gas containing oxygen can pass through the porous electrode.

또한 상기 매트릭스와 연료극의 접촉면 또는 매트릭스와 공기극의 접촉면에는 요철구조 또는 웨이브 구조가 형성되어 있을 수 있다. 상기 매트릭스와 각 전극의 접촉면이 넓을수록 연료전지의 효율이 향상되므로, 매트릭스와 각 전극의 접촉면을 가공하여 표면적을 넓힐 수 있다. 기존의 연료전지의 경우 각 전극을 따로 제작한 다음, 매트릭스와 결합하여 제작하므로, 상기와 같은 요철 구조 또는 웨이브 구조를 가지는 경우, 결합시 틈이 생겨 오히려 전하 및 이온의 이동이 원활하지 않을 수 있다. 하지만 본 발명은 각 전극 및 매트릭스를 연속된 공정으로 일체화하여 제작하고 있으므로, 표면적으로 넓힐 수 있는 구조를 가지면서도 완전하게 각 전극과 매트릭스를 결합시킬 수 있다. 이러한 웨이브 구조 또는 요철구조가 각 전극과 매트릭스의 접촉면에 형성되는 경우, 상기 구조에 의하여 접촉 면적이 최대 4배까지 증가될 수 있으며, 이에 따라 셀의 크기가 4배로 증가되는 효과(효율 증가)를 가질 수 있다. 따라서 동일한 성능을 가지는 기존의 연료전지에 비하여 소형화가 가능하다.Further, the contact surface between the matrix and the fuel electrode or the contact surface between the matrix and the air electrode may have a concave-convex structure or a wave structure. As the contact surface between the matrix and each electrode is wider, the efficiency of the fuel cell is improved, so that the surface area can be increased by processing the contact surface between the matrix and each electrode. In the case of a conventional fuel cell, since each electrode is manufactured separately and then combined with the matrix, if there is a concavo-convex structure or a wave structure as described above, there may occur a gap at the time of coupling, and the movement of charges and ions may not be smooth . However, since the electrodes and the matrix are manufactured by integrating each electrode and the matrix in a continuous process, the electrodes and the matrix can be completely combined with each other while having a structure capable of widening the surface area. When the wave structure or the concavo-convex structure is formed on the contact surface between each electrode and the matrix, the contact area can be increased up to 4 times by the above structure, thereby increasing the cell size four times Lt; / RTI > Therefore, the fuel cell can be miniaturized as compared with the conventional fuel cell having the same performance.

아울러 상기 각 전극과 매트릭스의 접촉면에는 각종 코팅층을 추가로 포함될 수 있다. 상기 코팅층은 용융탄산염 연료전지의 효율을 높이거나 새로운 기능성을 가지도록 하는 것으로, 나노입자가 코팅되는 경우 삼상계면의 증가로 인한 연료전지의 성능향상을 가져올 수 있으며, 촉매(NiO, CeO2 등)가 코팅되는 경우 카본 코킹(Cocking)을 방지할 수 있다. 또한 고전도성을 가지는 물질(Ag, ITO, 금, 탄소나노튜브 등)이 코팅되는 경우 전기전도도가 증가될 수 있다. 이러한 코팅층은 상기 코팅물질을 균일하게 도포할 수 있는 방법이면 제한 없이 사용가능 하지만, 바람직하게는 스프레이법, 침투법 또는 스크린프린팅에 의하여 코팅될 수 있다.In addition, various coating layers may be additionally formed on the contact surfaces of the electrodes and the matrix. When the nanoparticles are coated, the performance of the fuel cell can be improved due to the increase of the three-phase interface. When the catalyst (NiO, CeO 2, etc.) It is possible to prevent carbon caulking. In addition, when high-conductivity materials (Ag, ITO, gold, carbon nanotubes, etc.) are coated, the electrical conductivity can be increased. Such a coating layer can be used without limitation as long as it can uniformly coat the coating material, but it can preferably be coated by a spray method, a penetration method, or a screen printing method.

제2양태에 의한 본 발명은 (a) 성형틀에 공기극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 공기극용 혼합분말을 주입하여 공기극을 제조하는 단계; (b) 상기 공기극에 매트릭스용 성형틀을 결합하고 매트릭스용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 주입하여 공기극-매트릭스 결합체를 제조하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 제조된 공기극-매트릭스 결합체에 연료극용 성형틀을 결합하고 연료극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나 성형틀에 연료극용 혼합분말을 주입하여 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 사용하여 용융 탄산염 연료전지를 제조하는 단계를 포함하는 상기 용융 탄산염 연료전지의 제조방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an air electrode, comprising the steps of: (a) preparing an air electrode by supplying a mixed powder for an air electrode to a mold, or by injecting mixed powder for the air electrode into a mold; (b) preparing an air electrode-matrix combination body by binding a matrix for a matrix to the air electrode, supplying a mixed powder for a matrix and then applying pressure thereto, or injecting mixed powder for a matrix into a molding frame; (c) combining the fuel electrode mold with the air electrode-matrix combination body manufactured in the step (b), supplying the mixed powder for the fuel electrode, and then injecting the mixed powder for the fuel electrode into the mold, Producing; And (d) fabricating a molten carbonate fuel cell using the cathode-matrix-anode assembly.

본 발명의 제조방법은 각 전극 및 매트릭스의 원료분말 및 유기결합제의 혼합물을 건식공정을 통하여 제조하고 있으며, 각 분말을 일정한 형상을 가지는 성형틀에 균일하게 공급한 다음, 프레스로 가압하여 성형하거나(도 4), 성형틀에 각 분말을 직접 주입하여 성형한다. 그 제조방법을 상세히 살펴보면 다음과 같다.In the manufacturing method of the present invention, a mixture of the raw material powder and the organic binder of each electrode and matrix is manufactured through a dry process. Each powder is uniformly supplied to a shaping mold having a predetermined shape, and then pressed to form 4), each powder is directly injected into a molding die to be molded. The manufacturing method will be described in detail as follows.

(1) 공기극(cathode)의 제조단계(1) Production step of cathode

니켈 분말(Ni Powder), 전해질분말(Electrolyte Powder), 유기 결합제 및 윤활제를 믹서를 이용하여 10~60분간 혼합하여 공기극용 혼합분말을 제조한 다음, 공기극용 성형틀에 공급한다. Ni powder, electrolytic powder, organic binder and lubricant are mixed for 10 to 60 minutes using a mixer to prepare a mixed powder for an air electrode, and then supplied to the air pole forming mold.

상기 유기 결합제로는 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 아크릴계수지; (ii) 윤활제 (Wax)로서 천연왁스, 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 또는 카나우바 왁스; 및 (iii) 분산제로 스테아르산 또는 올레산을 포함할 수 있다.Examples of the organic binder include polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA), or acrylic resin; (ii) natural wax, paraffin wax, polyethylene wax or carnauba wax as a lubricant (wax); And (iii) stearic acid or oleic acid as the dispersing agent.

공기극용 성형틀은 공기극의 모양을 성형할 수 있는 형상이라면 제질 및 형상에 관계없이 사용 가능하다. 또한 상기 공기극의 표면에 웨이브 구조 또는 요철구조를 형성하기 위한 경우 이에 맞는 형상을 가지는 공기극용 성형틀을 사용할 수 있다. The forming mold for the air electrode can be used regardless of the shape and shape of the air electrode so long as the shape of the air electrode can be formed. In addition, in the case of forming a wave structure or a concavo-convex structure on the surface of the air electrode, an air hole forming mold having a shape corresponding thereto may be used.

공기극용 성형틀에 공기극용 혼합분말을 공급한 다음, 10~100kg/㎠, 바람직하게는 10~50kg/㎠, 더욱 바람직하게는 15~25kg/㎠의 압력 및 60~150℃, 바람직하게는 80~130℃, 더욱 바람직하게는 90~120℃의 온도에서 10초~5분간, 바람직하게는 30초~2분간, 더욱 바람직하게는 50초~70초간, 가압하여 공기극을 형성한다.The mixed powder for the air electrode is supplied to the forming mold for the air electrode and then the mixture is heated at a pressure of 10 to 100 kg / cm 2, preferably 10 to 50 kg / cm 2, more preferably 15 to 25 kg / cm 2, The air electrode is formed by pressurization at a temperature of from -30 ° C to 130 ° C, more preferably from 90 ° C to 120 ° C for 10 seconds to 5 minutes, preferably 30 seconds to 2 minutes, more preferably 50 seconds to 70 seconds.

또한 상기 공기극용 성형틀에 공기극용 혼합분말을 직접 주입하여 공기극을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 10~100kg/㎠, 바람직하게는 10~50kg/㎠, 더욱 바람직하게는 15~25kg/㎠의 압력 및 60~200℃, 바람직하게는 90~170℃, 더욱 바람직하게는 110~150℃의 온도에서 주입하여 성형할 수 있으며, 취출은 60℃ 이하에서 취출될 수 있다.It is also possible to directly inject mixed powder for air electrode into the air hole forming mold to form an air electrode. In this case, a pressure of 10 to 100 kg / cm 2, preferably 10 to 50 kg / cm 2, more preferably 15 to 25 kg / cm 2 and a pressure of 60 to 200 ° C, preferably 90 to 170 ° C, And extraction can be taken out at a temperature of 60 ° C or lower.

(2) 매트릭스의 제조단계(2) Manufacturing steps of the matrix

상기 (1)단계에서 제조된 공기극에 매트릭스용 성형틀을 설치한 다음, 매트릭스용 혼합분말을 공급하여 매트릭스를 제조한다. 이때 상기 매트릭스 혼합분말은 Li-AlO2, Li2CO3, Al, Al2O3 Powder, 유기 결합제 및 윤활제를 믹서를 이용하여 10~60분간 혼합하여 제조할 수 있다. The matrix for a matrix is provided in the air electrode manufactured in the step (1), and then a matrix powder is supplied to prepare a matrix. The matrix mixed powder may be prepared by mixing Li-AlO 2 , Li 2 CO 3 , Al, Al 2 O 3 powder, an organic binder and a lubricant using a mixer for 10 to 60 minutes.

상기 유기 결합제로는 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 아크릴계수지; 및 (ii) 윤활제 (Wax)로서 천연왁스, 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 또는 카나우바 왁스; 및 (iii) 분산제로 스테아르산 또는 올레산을 포함할 수 있다.Examples of the organic binder include polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA), or acrylic resin; And (ii) natural wax, paraffin wax, polyethylene wax or carnauba wax as a lubricant (Wax); And (iii) stearic acid or oleic acid as the dispersing agent.

매트릭스용 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 공급한 이후 공기극과 동일한 조건으로 가압하거나 주입하여 공기극의 상부에 매트릭스를 형성한다. 이때 매트릭스용 성형틀이 공기극보다 크게 제작되는 경우, 매트릭스는 공기극을 덮는 형상으로 성형되며, 공기극과 동일한 크기로 제작되는 경우 공기극과 부착되어 성형된다. 또한, 공기극과 접하지 않는 매트릭스의 일측면에는 가압 또는 주입시 공기극과 동일한 크기의 홈을 일정 깊이로 형성하여 연료극이 삽입될 공간을 형성한다. 또한 상기 일측면의 경우에도 웨이브 구조 또는 요철구조를 형성하는 경우 이후 제조되는 연료극과의 접촉 면적이 넓어져 연료전지의 효율이 향상될 수 있다.After the mixed powder for a matrix is supplied to a mold for a matrix, the mixture is pressurized or injected under the same conditions as the air electrode to form a matrix on the air electrode. In this case, when the matrix for forming the matrix is made larger than the air electrode, the matrix is formed into a shape covering the air electrode, and when it is made the same size as the air electrode, On one side of the matrix not contacting the air electrode, a groove having the same size as that of the air electrode is formed at a certain depth to form a space into which the fuel electrode is to be inserted. Also, in the case of forming the wave structure or the concavo-convex structure, the contact area between the fuel electrode and the fuel electrode may be increased, thereby improving the efficiency of the fuel cell.

(3) 연료극(anode)의 제조단계(3) Production step of anode

상기 (2)단계에서 제조된 공기극-매트릭스 복합체에 연료극용 성형틀을 설치한 다음, 연료극용 혼합분말을 공급하여 연료극을 제조한다. 이때 상기 연료극용 혼합분말은 Ni-3Al, Ni-4Cr, 유기 결합제 및 윤활제를 믹서를 이용하여 10~60분간 혼합하여 제조할 수 있다. The fuel electrode forming mold is provided in the air electrode-matrix composite produced in the step (2), and the fuel electrode mixture powder is supplied to prepare the fuel electrode. At this time, the fuel powder mixture may be prepared by mixing Ni-3Al, Ni-4Cr, an organic binder and a lubricant using a mixer for 10 to 60 minutes.

상기 유기 결합제로는 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 아크릴계수지; 및 (ii) 윤활제 (Wax)로서 천연왁스, 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 또는 카나우바 왁스; 및 (iii) 분산제로 스테아르산 또는 올레산을 포함할 수 있다.Examples of the organic binder include polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA), or acrylic resin; And (ii) natural wax, paraffin wax, polyethylene wax or carnauba wax as a lubricant (Wax); And (iii) stearic acid or oleic acid as the dispersing agent.

연료극용 성형틀에 연료극용 혼합분말을 공급한 이후 공기극과 동일한 조건으로 가압하거나 주입하여 매트릭스의 상부에 연료극을 형성한다. 이때 연료극용 성형틀은 상기 매트릭스의 홈에 연료극이 삽입될 수 있도록 제작되므로, 연료극은 매트릭스 일측면의 홈에 완전히 삽입되며, 매트릭스의 일측면 표면이 웨이브 구조 또는 요철구조를 가지고 있더라도 가압 또는 주입과정에서 밀착되어 제조될 수 있다.After the mixture powder for the anode is supplied to the anode mold, the anode is pressurized or injected under the same conditions as the cathode to form a fuel electrode on the matrix. In this case, since the anode mold is formed so that the anode can be inserted into the groove of the matrix, the anode is completely inserted into the groove of one side of the matrix, and even if the one surface of the matrix has a wave structure or a concavo- As shown in FIG.

제3양태에 의한 본 발명은 (a) 성형틀에 공기극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 공기극용 혼합분말을 주입하여 공기극을 제조하는 단계; (b) 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 주입하여 매트릭스를 제조하는 단계; (c) 성형틀에 연료극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 연료극용 혼합분말을 주입하여 연료극을 제조하는 단계; (d) 성형된 공기극, 매트릭스, 연료극을 결합하여 일체화하는 단계; 및 (e) 상기 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 사용하여 용융 탄산염 연료전지를 제조하는 단계를 포함하는 상기 용융 탄산염 연료전지의 제조방법을 제공한다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an air electrode, comprising the steps of: (a) preparing an air electrode by feeding a mixture powder for an air electrode into a mold, or by injecting mixed powder for the air electrode into a mold; (b) supplying a mixed powder for a matrix to a mold, and then pressurizing the mixture; or injecting a mixed powder for a matrix into a mold to produce a matrix; (c) preparing a fuel electrode by supplying mixed powder for fuel electrode to a mold and then injecting mixed powder for fuel electrode into a mold; (d) combining and integrating the formed air electrode, the matrix, and the fuel electrode; And (e) fabricating a molten carbonate fuel cell using the cathode-matrix-anode assembly.

상기 제2양태에 의한 제조방법 외에도 각 전극 및 매트릭스를 각각 제조한 다음, 일체화하여 제작하는 것도 가능하다(도 5). 이때 각 전극의 조성 및 가압 또는 주입조건은 상기 제2양태와 동일하게 하여 제작할 수 있으며, 각 전극과 매트릭스의 접촉면이 웨이브 구조 또는 요철구조를 가질 수 있는 것 역시 동일하다.In addition to the manufacturing method according to the second aspect, it is also possible to manufacture the electrodes and the matrix, respectively, and then to manufacture them integrally (FIG. 5). At this time, the composition, pressurization or injection conditions of each electrode can be manufactured in the same manner as in the second embodiment, and the contact surfaces of the electrodes and the matrix can have a wave structure or a concavo-convex structure.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

실시예 1Example 1

(1) 공기극(cathode)의 제조(1) Manufacture of cathode

니켈 분말(Ni Powder), 전해질분말(Electrolyte Powder), PVB 및 파라핀왁스를 믹서에 공급한 다음, 30분간 혼합하여 공기극용 혼합분말을 제조하였다.Ni powder, electrolytic powder, PVB and paraffin wax were fed to a mixer and mixed for 30 minutes to prepare a powder mixture for an air electrode.

100mmX100mm의 크기를 가지는 공기극용 성형틀에 상기 공기극용 혼합분말을 공급한 다음, 20kg/㎠의 압력 및 100℃의 온도에서 1분간 가압하여 공기극이 두께 0.7mm의 평판형이 되도록 성형하였다.The mixed powder for the air electrode was supplied to an air electrode forming mold having a size of 100 mm x 100 mm and then pressed at a pressure of 20 kg / cm 2 and a temperature of 100 캜 for 1 minute to form a plate having a thickness of 0.7 mm.

(2) 매트릭스의 제조(2) Manufacture of matrix

상기 (1)단계에서 제조된 공기극에 매트릭스용 성형틀을 설치한 다음, 매트릭스용 혼합분말을 공급하여 매트릭스를 제조하였다. A matrix for a matrix was provided in the air electrode manufactured in the step (1), and then a mixed powder for a matrix was supplied to prepare a matrix.

상기 매트릭스 혼합분말은 Li-AlO2, Li2CO3, Al, Al2O3 Powder, PVB 및 파라핀 왁스를 믹서에 공급한 다음, 30분간 혼합하여 제조하였다.The matrix mixed powder was prepared by feeding Li-AlO 2 , Li 2 CO 3 , Al, Al 2 O 3 Powder, PVB and paraffin wax to a mixer and mixing them for 30 minutes.

110mmX110mm의 크기를 가지는 매트릭스용 성형틀에 상기 매트릭스용 혼합분말을 공급한 다음, 20kg/㎠의 압력 및 100℃의 온도에서 1분간 가압하여 매트릭스를 성형하였으며, 가압시 상부에 100mmX100mm의 크기를 가지는 홈이 형성되도록 가압하였다. 매트릭스는 홈부분의 두께가 0.6mm이며, 두꺼운 부분의 두께가 2.0mm가 되도록 가압하여 성형하였다.The mixed powder for a matrix was supplied to a mold for a matrix having a size of 110 mm x 110 mm, and then a matrix was formed by pressurizing the mixture at a pressure of 20 kg / cm 2 and a temperature of 100 ° C for 1 minute. Was formed. The matrix was pressed by molding so that the thickness of the groove portion was 0.6 mm and the thickness of the thick portion was 2.0 mm.

(3) 연료극(anode)의 제조(3) Manufacture of anode

상기 (2)단계에서 제조된 공기극-매트릭스 복합체에 연료극용 성형틀을 설치한 다음, 연료극용 혼합분말을 공급하여 연료극을 제조하였다.The fuel electrode mold was prepared in the air electrode-matrix composite prepared in the step (2), and then the fuel electrode mixture powder was supplied to prepare the fuel electrode.

상기 연료극용 혼합분말은 Ni-3Al, Ni-4Cr, PVB 및 파라핀 왁스를 믹서에 공급한 다음, 30분간 혼합하여 제조하였다.The fuel powder mixture was prepared by feeding Ni-3Al, Ni-4Cr, PVB and paraffin wax into a mixer and mixing them for 30 minutes.

100mmX100mm의 크기를 가지는 연료극용 성형틀에 상기 연료극용 혼합분말을 공급한 다음, 20kg/㎠의 압력 및 100℃의 온도에서 1분간 가압하여 연료극을 성형하였으며, 연료극의 전체높이는 매트릭스의 두꺼운 부분과 동일하도록 가압하여 성형하였다.The mixed powder for an anode was supplied to a mold for a fuel electrode having a size of 100 mm x 100 mm and then pressed at a pressure of 20 kg / cm < 2 > and a temperature of 100 DEG C for 1 minute to form a fuel electrode. The total height of the fuel electrode was the same So as to be molded.

실시예 2Example 2

공기극 제조시 상부가 물결형상을 가진 성형틀을 사용하며, 매트릭스 제조시 홈내부를 웨이브 구조를 가지도록 제조한 것으로 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.The air electrode was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a forming mold having a wavy shape at the top was used and the inside of the groove was formed to have a wave structure in the production of the matrix.

실시예 3Example 3

공기극 제조시 상부가 요철형상을 가진 성형틀을 사용하며, 매트릭스 제조시 홈내부를 요철 구조를 가지도록 제조한 것으로 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that a mold having a concavo-convex shape was used for the manufacture of the cathode, and the inside of the groove was formed so as to have a concavo-convex structure in the production of the matrix.

비교예 1Comparative Example 1

기존의 방법과 동일하게 공기극, 매트릭스, 연료극을 각각 제조한 다음, 결합하여 연료전지를 제조하였다. 각 제조시 사용되는 원료, 가압조건 및 전극의 크기는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.A cathode, a matrix, and a fuel electrode were prepared in the same manner as in the conventional method, respectively, and then combined to prepare a fuel cell. The raw materials used in each production, the pressurizing conditions, and the sizes of the electrodes were performed in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental Example

상기 각 실시예 및 비교예에서 제작한 연료전지를 이용하여 초기 전류밀도 및 전압을 측정하였으며, 내구성을 실험하기 위하여 5000시간 작동이후 전압변화를 측정하였다. 실험결과는 하기의 표1에 기재하였다.The initial current density and voltage were measured using the fuel cell manufactured in each of the examples and the comparative examples, and the voltage change was measured after 5000 hours of operation to test the durability. The experimental results are shown in Table 1 below.

초기 전류밀도
(mA/㎠)
Initial current density
(mA / cm 2)
초기 전압
(V)
Initial voltage
(V)
전압 변화
(ΔV)
Voltage change
(? V)
측정 조건Measuring conditions
실시예1Example 1 150150 0.830.83 0.20.2 전류밀도 = 150mA/cm2 (유지)
연료이용율 = 0.4~0.72
운전온도 = 620oC
Current density = 150 mA / cm 2 (maintenance)
Fuel utilization rate = 0.4 to 0.72
Operating temperature = 620 o C
실시예2Example 2 150150 0.840.84 0.10.1 실시예3Example 3 150150 0.840.84 0.10.1 비교예1Comparative Example 1 150150 0.820.82 0.20.2

표1에 나타난 바와 같이, 실시예1의 용융탄산염 연료전지의 경우 박판금속을 사용하지 않았음에도 불구하고 기존의 방법으로 제작된 비교예1과 동일한 성능을 나타내었으며, 각 전극과 매트릭스의 접촉면을 웨이브 구조 또는 요철구조로 가공한 실시예 2 및 3의 경우 초기의 전압이 상승하였다. 또한 내구성에 있어도 기존의 방법으로 제작되는 비교예1과 비교할 때 동등하거나 더욱 높은 내구성을 가지는 것으로 나타났다.As shown in Table 1, the molten carbonate fuel cell of Example 1 exhibited the same performance as Comparative Example 1 manufactured by the conventional method, even though the thin metal plate was not used. In Examples 2 and 3 which were processed into the structure or the concavo-convex structure, the initial voltage was increased. The durability was also found to be equal or higher than that of Comparative Example 1, which was produced by conventional methods.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (7)

(a) 일측면 또는 양측면에 홈이 형성되어 있는 매트릭스;
(b) 상기 매트릭스의 일측면 홈에 삽입되는 연료극; 및
(c) 상기 매트릭스의 타측면 홈에 삽입되거나, 타측면에 결합되는 공기극;
을 포함하는 일체형 용융탄산염 연료전지.
(a) a matrix having grooves formed on one side or both sides thereof;
(b) a fuel electrode inserted in one side groove of the matrix; And
(c) an air electrode inserted in the other side groove of the matrix or coupled to the other side;
Wherein the molten carbonate fuel cell comprises:
제1항에 있어서,
상기 매트릭스와 연료극의 접촉면 또는 매트릭스와 연료극의 접촉면에는 요철구조 또는 웨이브 구조가 형성되어 있는 일체형 용융탄산염 연료전지.
The method according to claim 1,
And a concave-convex structure or a wave structure is formed on a contact surface of the matrix and the fuel electrode or a contact surface of the matrix and the fuel electrode.
제1항에 있어서,
상기 매트릭스는 한 변의 길이가 50~500mm인 사각형이며, 일측면 또는 양측면에 한 변의 길이가 40~490mm인 사각형의 홈이 형성되어 있는 일체형 용융탄산염 연료전지.
The method according to claim 1,
Wherein the matrix is a square having a length of 50 to 500 mm on one side and a square groove having a length of 40 to 490 mm on one side or both sides of the matrix is formed.
다음의 단계를 포함하는 제1항의 일체형 용융 탄산염 연료전지의 제조방법:
(a) 성형틀에 공기극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 공기극용 혼합분말을 주입하여 공기극을 제조하는 단계;
(b) 상기 공기극에 매트릭스용 성형틀을 결합하고 매트릭스용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 주입하여 공기극-매트릭스 결합체를 제조하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 제조된 공기극-매트릭스 결합체에 연료극용 성형틀을 결합하고 연료극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 연료극용 혼합분말을 주입하여 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 사용하여 용융 탄산염 연료전지를 제조하는 단계.
A method for manufacturing an integrated molten carbonate fuel cell according to claim 1, comprising the steps of:
(a) preparing an air electrode by supplying a mixed powder for an air electrode to a mold, and then injecting mixed powder for the air electrode into a mold;
(b) preparing an air electrode-matrix combination body by combining a matrix forming mold with the air electrode, supplying a mixed powder for a matrix, and then pressurizing or injecting mixed powder for a matrix into a molding frame;
(c) combining the fuel electrode mold with the air electrode-matrix combination body manufactured in the step (b), supplying the mixed powder for the fuel electrode and then pressurizing it, or injecting mixed powder for the fuel electrode into the mold, ; And
(d) fabricating a molten carbonate fuel cell using the cathode-matrix-anode assembly.
다음의 단계를 포함하는 제1항의 일체형 용융 탄산염 연료전지의 제조방법:
(a) 성형틀에 공기극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 공기극용 혼합분말을 주입하여 공기극을 제조하는 단계;
(b) 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 매트릭스용 혼합분말을 주입하여 매트릭스를 제조하는 단계;
(c) 성형틀에 연료극용 혼합분말을 공급한 다음 가압하거나, 성형틀에 연료극용 혼합분말을 주입하여 연료극을 제조하는 단계;
(d) 성형된 공기극, 매트릭스, 연료극을 결합하여 일체화하는 단계; 및
(e) 상기 공기극-매트릭스-연료극 결합체를 사용하여 용융 탄산염 연료전지를 제조하는 단계.
A method for manufacturing an integrated molten carbonate fuel cell according to claim 1, comprising the steps of:
(a) preparing an air electrode by supplying a mixed powder for an air electrode to a mold, and then injecting mixed powder for the air electrode into a mold;
(b) supplying a mixed powder for a matrix to a mold, and then pressurizing the mixture; or injecting a mixed powder for a matrix into a mold to produce a matrix;
(c) preparing a fuel electrode by supplying mixed powder for fuel electrode to a mold and then injecting mixed powder for fuel electrode into a mold;
(d) combining and integrating the formed air electrode, the matrix, and the fuel electrode; And
(e) fabricating a molten carbonate fuel cell using the cathode-matrix-anode assembly.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 공기극용 혼합분말, 매트릭스용 혼합분말 또는 연료극용 혼합분말은
(i) 유기 결합제로서 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 아크릴계수지; 및
(ii) 윤활제 (Wax)로서 천연왁스, 파라핀 왁스, 폴리에틸린탈린 왁스 또는 카나우바 왁스;
(iii) 분산제로서 스테아르산(Steric Acid) 또는 올레산(Oleic Acid);
을 포함하는 용융 탄산염 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 4 or 5,
The mixed powder for an air electrode, the powder for a matrix or the mixed powder for a fuel electrode
(i) polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA) or an acrylic resin as an organic binder; And
(ii) natural wax, paraffin wax, polyethylenetaline wax or carnauba wax as a lubricant;
(iii) Steric Acid or Oleic Acid as a dispersing agent;
Wherein the molten carbonate fuel cell comprises a plurality of molten carbonate fuel cells.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 (a) 단계, (b) 단계 또는 (c) 단계는 가압 시에는 10~100kg/㎠의 압력 및 60~150℃의 온도에서 10초~5분간 수행될 수 있으며, 주입 시에는 10~100kg/㎠의 압력 및 60~200℃의 온도에서 실시하며, 취출은 60℃ 이하에서 취출되는 용융 탄산염 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 4 or 5,
The step (a), the step (b) or the step (c) may be carried out at a pressure of 10 to 100 kg / cm 2 and at a temperature of 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 5 minutes. / Cm < 2 > and a temperature of 60 to 200 DEG C, and the take-out is taken out at a temperature of 60 DEG C or less.
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