KR102079846B1 - Method for operating solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell operated thereby - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법 및 이로 운전되는 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다.The present specification relates to a method of operating a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell operated by the same.

Description

고체 산화물 연료전지의 운전 방법 및 이로 운전되는 고체 산화물 연료전지{METHOD FOR OPERATING SOLID OXIDE FUEL CELL AND SOLID OXIDE FUEL CELL OPERATED THEREBY}METHOD FOR OPERATING SOLID OXIDE FUEL CELL AND SOLID OXIDE FUEL CELL OPERATED THEREBY}

본 명세서는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법 및 이로 운전되는 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다.The present specification relates to a method of operating a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell operated by the same.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목받고 있다.Recently, as the depletion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in energy that can replace them is increasing. As one of the alternative energy sources, the fuel cell has received particular attention due to its advantages such as high efficiency, no pollutants such as NOx and SOx, and abundant fuel.

연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.A fuel cell is a power generation system that converts chemical reaction energy of fuel and oxidant into electrical energy. Hydrogen, hydrocarbons such as methanol, butane, and the like are typically used as fuel, and oxygen is used as the oxidant.

연료전지에는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등이 있다.Fuel cells include polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), direct methanol fuel cells (DMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), alkaline fuel cells (AFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and solid oxide fuels. Batteries (SOFC) and the like.

한편, 연료전지의 공기극의 원리를 응용하여 금속 이차 전지의 공기극을 공기극으로 제조하는 금속 공기 이차 전지에 대한 연구도 필요하다.On the other hand, it is also necessary to study the metal air secondary battery for manufacturing the air electrode of the metal secondary battery as the cathode by applying the principle of the cathode of the fuel cell.

대한민국 특허공개 제 2016-0059419호 (2016.05.26 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0059419 (2016.05.26 published)

본 명세서는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법 및 이로 운전되는 고체 산화물 연료전지를 제공하고자 한다.The present specification is to provide a method for operating a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell operated by the same.

본 명세서는 연료극, 하기 화학식 1로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 구비되고 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법으로서, 상기 연료극과 공기극으로 각각 산소를 포함하는 기체를 공급하면서, 상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도로 조절하는 단계; 상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 연료극으로는 질소와 수소를 공급하여 상기 연료극의 NiO를 Ni로 환원시키는 단계; 상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 환원된 연료극으로는 수소를 공급하여 상기 고체 산화물 연료전지를 구동하는 단계; 및 상기 연료극의 환원단계 전 또는 후에, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하여 상기 복합금속 산화물의 산소공공(oxygen vacancy, δ)을 증가시키는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법을 제공한다. The present specification provides a method for operating a solid oxide fuel cell including an anode including an anode including at least one of a composite metal oxide represented by Chemical Formula 1, and an electrolyte including a ceria-based metal oxide between the anode and the cathode. Adjusting a driving temperature of the solid oxide fuel cell while supplying a gas containing oxygen to the fuel electrode and the air electrode, respectively; Supplying a gas containing oxygen to the air electrode, and supplying nitrogen and hydrogen to the fuel electrode to reduce NiO of the fuel electrode to Ni; Supplying a gas containing oxygen to the cathode and supplying hydrogen to the reduced fuel electrode to drive the solid oxide fuel cell; And increasing or shortening oxygen vacancies (δ) of the composite metal oxide by supplying nitrogen to the anode and the cathode, respectively, before or after the reduction of the anode. .

[화학식 1][Formula 1]

A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 1에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.01≤δ≤0.1이고, A는 Ba 또는 La이다.In Formula 1, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.01 ≦ δ ≦ 0.1, and A is Ba or La.

또한, 본 명세서는 상기 구동방법에 따라 구동되고, 연료극, 하기 화학식 2로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 구비되고 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지로서, 상기 고체 산화물 연료전지가 구동될 때, 상기 연료극으로 공급되는 수소의 유량이 증가함에 따라 상기 고체 산화물 연료전지의 개방회로전압(OCV)이 증가하는 고체 산화물 연료전지를 제공한다. In addition, the present specification is driven according to the driving method, and includes a fuel electrode, an air electrode including at least one of a composite metal oxide represented by the following formula (2) and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a ceria-based metal oxide. A solid oxide fuel cell comprising: a solid oxide fuel cell in which an open circuit voltage (OCV) of the solid oxide fuel cell increases as the flow rate of hydrogen supplied to the anode increases when the solid oxide fuel cell is driven. do.

[화학식 2][Formula 2]

A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 2에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.2≤δ≤0.5이고, A는 Ba 또는 La이다.In Formula 2, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.2 ≦ δ ≦ 0.5, and A is Ba or La.

본 명세서에 따른 고체 산화물 연료전지의 전해질은 공기극으로부터 산소 이온의 주입이 원활한 장점이 있다.The electrolyte of the solid oxide fuel cell according to the present specification has an advantage of smoothly injecting oxygen ions from the cathode.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질은 수소에 대한 환원 내구성이 향상될 수 있다.An electrolyte including a ceria-based metal oxide according to an exemplary embodiment of the present specification may have improved reduction durability against hydrogen.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질은 OCV 특성과 셀 성능이 향상될 수 있다.An electrolyte including a ceria-based metal oxide according to an exemplary embodiment of the present specification may improve OCV characteristics and cell performance.

도 1은 고체산화물형 연료전지의 전기 발생 원리를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 연료전지를 포함하는 전지모듈의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1의 600℃ 질소 분위기에서 처리 전/후 OCV 변화 그래프이다.
도 4는 실시예 2의 650℃ 질소 분위기에서 처리 전/후 OCV 변화 그래프이다.
도 5는 실시예 2의 650℃ 질소 분위기에서 처리 후 수소의 유량 증가에 따른 OCV 변화 그래프이다.
도 6은 비교예의 수소의 유량 증가에 따른 OCV 변화 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing the electricity generation principle of a solid oxide fuel cell.
2 is a view schematically showing an embodiment of a battery module including a fuel cell.
3 is a graph of OCV change before and after treatment in 600 ℃ nitrogen atmosphere of Example 1.
Figure 4 is a graph of the OCV change before and after treatment in 650 ℃ nitrogen atmosphere of Example 2.
FIG. 5 is a graph showing changes in OCV with increasing flow rate of hydrogen after treatment in a nitrogen atmosphere of 650 ° C. of Example 2. FIG.
6 is a graph of OCV change with increasing flow rate of hydrogen in the comparative example.

이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in detail.

본 명세서는 연료극, 하기 화학식 1로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 구비되고 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법을 제공한다.The present specification provides a method of operating a solid oxide fuel cell including an anode including an anode including at least one of a composite metal oxide represented by Formula 1, and an electrolyte provided between the anode and the cathode and including a ceria-based metal oxide. do.

[화학식 1][Formula 1]

A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 1에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.01≤δ≤0.1이고, A는 Ba 또는 La이다.In Formula 1, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.01 ≦ δ ≦ 0.1, and A is Ba or La.

상기 고체 산화물 연료전지의 운전 방법은 상기 연료극과 공기극으로 각각 산소를 포함하는 기체를 공급하면서, 상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도로 조절하는 단계; The operating method of the solid oxide fuel cell may include adjusting a driving temperature of the solid oxide fuel cell while supplying a gas containing oxygen to the fuel electrode and the air electrode, respectively;

상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 연료극으로는 질소와 수소를 공급하여 상기 연료극의 NiO를 Ni로 환원시키는 단계; Supplying a gas containing oxygen to the air electrode, and supplying nitrogen and hydrogen to the fuel electrode to reduce NiO of the fuel electrode to Ni;

상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 환원된 연료극으로는 수소를 공급하여 상기 고체 산화물 연료전지를 구동하는 단계; 및 Supplying a gas containing oxygen to the cathode and supplying hydrogen to the reduced fuel electrode to drive the solid oxide fuel cell; And

상기 연료극의 환원단계 전 또는 후에, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하여 상기 복합금속 산화물의 산소공공(oxygen vacancy, δ)을 증가시키는 단계를 포함한다.Before or after the reduction step of the anode, and supplying nitrogen to the anode and the cathode, respectively, comprising the step of increasing the oxygen vacancy (δ) of the composite metal oxide.

상기 고체 산화물 연료전지의 운전 방법은 상기 연료극과 공기극으로 각각 산소를 포함하는 기체를 공급하면서, 상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도로 조절하는 단계를 포함한다.The operating method of the solid oxide fuel cell includes adjusting the driving temperature of the solid oxide fuel cell while supplying a gas containing oxygen to the fuel electrode and the air electrode, respectively.

상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도는 550℃ 이상 700℃ 이하일 수 있다. The driving temperature of the solid oxide fuel cell may be 550 ° C. or more and 700 ° C. or less.

상기 고체 산화물 연료전지의 운전 방법은 상기 구동 온도로 조절하는 단계 전에, 상기 연료극, 전해질 및 공기극이 순차적으로 적층된 고체 산화물 연료전지를 제조하는 단계; The operating method of the solid oxide fuel cell may include preparing a solid oxide fuel cell in which the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode are sequentially stacked before adjusting to the driving temperature;

2 이상의 분리막 사이에 상기 고체 산화물 연료전지를 위치시켜 조립하는 단계;Placing and assembling the solid oxide fuel cell between at least two separators;

상기 고체 산화물 연료전지 상에 실런트(sealant)를 도포하는 단계;Applying a sealant on the solid oxide fuel cell;

상기 연료극과 공기극으로 각각 산소를 포함하는 기체를 공급하면서 승온하여 상기 실런트(sealant) 중 첨가제를 제거하는 단계; 및Removing the additive in the sealant by raising the temperature while supplying a gas containing oxygen to the fuel electrode and the air electrode, respectively; And

상기 고체 산화물 연료전지를 가압함으로써 상기 실런트로 상기 고체 산화물 연료전지를 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include sealing the solid oxide fuel cell with the sealant by pressurizing the solid oxide fuel cell.

상기 연료극, 전해질 및 공기극이 순차적으로 적층하여 고체 산화물 연료전지를 제조하는 단계에서, 상기 공기극은 하기 화학식 1로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In the manufacturing of the solid oxide fuel cell by sequentially stacking the anode, the electrolyte, and the cathode, the cathode may include at least one of a composite metal oxide represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 1에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.01≤δ≤0.1이고, A는 Ba 또는 La이다.In Formula 1, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.01 ≦ δ ≦ 0.1, and A is Ba or La.

상기 실런트는 유리분말을 포함하며, 바인더, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The sealant may include a glass powder, and may further include an additive including at least one of a binder, a plasticizer, a dispersant, and a solvent. The binder, plasticizer, dispersant, and solvent are not particularly limited, and conventional materials known in the art may be used.

상기 실런트는 금속 산화물을 더 포함할 수 있다. The sealant may further include a metal oxide.

상기 실런트 중 첨가제를 제거하는 단계는 유리분말을 제외한 바인더, 가소제, 분산제 및 용매와 같은 첨가제가 제거될 수 있으며, 금속 산화물을 더 포함하는 경우 유리분말 및 금속 산화물을 제외한 첨가제가 제거될 수 있다.In the removing of the additive in the sealant, additives such as binders, plasticizers, dispersants, and solvents other than the glass powder may be removed, and when the metal oxide is further included, the additives except the glass powder and the metal oxide may be removed.

상기 고체 산화물 연료전지를 밀봉하는 단계는 첨가제가 제거되고 유동성이 있는 실런트가 가압되어 밀봉되어야 하는 위치로 움직이고 빈 공간을 메워 상기 고체 산화물 연료전지가 밀봉될 수 있다. Sealing the solid oxide fuel cell may move to a position where an additive is removed and a fluid sealant is pressurized to be sealed and fills an empty space to seal the solid oxide fuel cell.

상기 실런트(sealant) 중 첨가제를 제거하는 단계에서, 최종 승온 온도는 700℃ 이상 800℃ 이하일 수 있으며, 구체적으로 700℃ 이상 730℃ 이하일 수 있다.In the step of removing the additive in the sealant, the final elevated temperature may be 700 ° C. or more and 800 ° C. or less, and specifically 700 ° C. or more and 730 ° C. or less.

상기 실런트(sealant) 중 첨가제를 제거하는 단계의 최종 승온 온도가 700℃ 이상 800℃ 이하이고 상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도는 600℃ 이상 650℃ 이하인 경우, 승온하여 상기 실런트(sealant) 중 첨가제를 제거한 후 상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도까지 냉각시킬 수 있다. When the final elevated temperature of the step of removing the additive in the sealant is 700 ° C or more and 800 ° C or less and the driving temperature of the solid oxide fuel cell is 600 ° C or more and 650 ° C or less, the temperature is raised to add the additive in the sealant. After removal, the cooling may be performed to a driving temperature of the solid oxide fuel cell.

상기 고체 산화물 연료전지의 운전 방법은 상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 연료극으로는 질소와 수소를 공급하여 상기 연료극의 NiO를 Ni로 환원시키는 단계를 포함한다.The operating method of the solid oxide fuel cell includes supplying a gas containing oxygen to the cathode, and supplying nitrogen and hydrogen to the anode to reduce NiO of the anode to Ni.

상기 연료극의 환원단계는 고체 산화물 연료전지의 구동 온도에서 수행될 수 있다. The reducing step of the anode may be performed at a driving temperature of a solid oxide fuel cell.

상기 연료극의 환원단계에서, 상기 질소의 유량을 기준으로, 상기 수소의 유량의 백분율은 1% 이상 100% 이하일 수 있다. In the reducing step of the anode, based on the flow rate of nitrogen, the percentage of the flow rate of hydrogen may be 1% or more and 100% or less.

상기 연료극의 환원단계에서, 상기 연료극은 상기 연료극이 충분히 환원될 때까지 상기 연료극으로 질소와 수소를 공급하여 환원시킬 수 있다. 상기 연료극의 환원단계에서, 상기 연료극이 충분히 환원되었는지는 개방회로전압(OCV)을 측정함으로써 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 연료극을 환원하면서, 개방회로전압이 940mV 이상일 때 또는 개방회로전압이 2% 이상 증가하였을때, 상기 연료극이 충분히 환원되었다고 간주할 수 있다. In the reducing step of the anode, the anode may be reduced by supplying nitrogen and hydrogen to the anode until the anode is sufficiently reduced. In the reducing step of the anode, it can be confirmed whether the anode is sufficiently reduced by measuring an open circuit voltage (OCV). Specifically, while reducing the anode, when the open circuit voltage is 940mV or more, or when the open circuit voltage is increased by 2% or more, it can be considered that the anode is sufficiently reduced.

상기 연료극을 환원시키는 시간은 상기 연료극이 충분히 환원될 때까지로서 특별히 한정하지 않으나, 필요에 따라 0.5시간 내지 24시간 동안 상기 연료극으로 질소와 수소를 공급하여 연료극을 환원시킬 수 있다. The time for reducing the fuel electrode is not particularly limited as long as the fuel electrode is sufficiently reduced, but if necessary, nitrogen and hydrogen may be supplied to the fuel electrode for 0.5 to 24 hours to reduce the fuel electrode.

상기 고체 산화물 연료전지의 운전 방법은 상기 연료극의 환원단계 전 또는 후에, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하여 상기 복합금속 산화물의 산소공공(oxygen vacancy, δ)을 증가시키는 단계를 포함한다.The operating method of the solid oxide fuel cell includes increasing oxygen vacancy (δ) of the composite metal oxide by supplying nitrogen to the anode and the cathode, respectively, before or after the reduction step of the anode.

상기 산소공공의 증가단계는 고체 산화물 연료전지의 구동 온도에서 수행될 수 있다.The step of increasing the oxygen vacancy may be performed at a driving temperature of the solid oxide fuel cell.

상기 산소공공의 증가단계에서, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하는 시간은 0.5 시간 이상 2 시간 이하일 수 있다. In the increase of the oxygen vacancies, the time for supplying nitrogen to the fuel electrode and the air electrode, respectively, may be 0.5 hours or more and 2 hours or less.

상기 산소공공의 증가단계에서, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하는 온도는 550℃ 이상 800℃ 이하일 수 있다. 550℃보다 온도가 낮다면 산소 분압이 급격히 떨어져 공기극(cathode)의 구조가 파괴될 수 있다. 800℃보다 높은 온도에서는 산소공공(vacancy)을 임의로 형성할 수 없는 산소분압을 나타낸다.In the increase of the oxygen vacancies, the temperature for supplying nitrogen to the fuel electrode and the air electrode may be 550 ° C. or more and 800 ° C. or less. If the temperature is lower than 550 ° C, the partial pressure of oxygen may drop sharply and the structure of the cathode may be destroyed. At temperatures higher than 800 ° C., oxygen partial pressures cannot be formed arbitrarily.

상기 산소공공의 증가단계에서, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하는 온도는 550℃ 이상 650℃ 이하일 수 있다. In the increase of the oxygen vacancy, the temperature for supplying nitrogen to the fuel electrode and the air electrode may be 550 ° C. or more and 650 ° C. or less.

상기 산소공공의 증가단계에서, 상기 복합금속 산화물의 산소공공은 증가될 수 있으며, 하기 식 1로 나타나는 상기 복합금속 산화물의 산소공공의 변화(Δδ)는 0.1 이상 0.49 이하일 수 있다. In the increase of the oxygen vacancy, the oxygen vacancy of the composite metal oxide may be increased, and the change (Δδ) of the oxygen vacancy of the composite metal oxide represented by Equation 1 may be 0.1 or more and 0.49 or less.

[식 1][Equation 1]

Δδ= δfi Δδ = δ fi

상기 식 1에서, δf는 상기 산소공공의 증가단계 후 복합금속 산화물의 산소공공값이며, δi는 상기 산소공공의 증가단계 전 복합금속 산화물의 산소공공값이다.In Equation 1, δ f is the oxygen pore value of the composite metal oxide after the increasing step of the oxygen pore, δ i is the oxygen pore value of the composite metal oxide before the step of increasing the oxygen pore.

상기 산소공공의 증가단계 후 복합금속 산화물의 산소공공(δ)은 0.2 이상 0.5 이하일 수 있다. Oxygen pores (δ) of the composite metal oxide after the increase of the oxygen pores may be 0.2 or more and 0.5 or less.

상기 산소공공의 증가단계에서, 고체 산화물 연료전지의 산소분압(Po2)은 10-12bar 이상 10- 5bar 이하일 수 있다. 이 경우 캐소드의 페로브스카이트 구조를 유지하면서 안정적으로 산소공공을 증가시킬 수 있다.In the step of increasing the oxygen vacancies and oxygen partial pressure of the solid oxide fuel cell (Po 2) it is at least 10 -12 bar 10 - may be up to 5 bar. In this case, oxygen pores can be stably increased while maintaining the perovskite structure of the cathode.

상기 고체 산화물 연료전지의 운전 방법은 상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 환원된 연료극으로는 수소를 공급하여 상기 고체 산화물 연료전지를 구동하는 단계를 포함한다.The operating method of the solid oxide fuel cell includes supplying a gas containing oxygen to the cathode and supplying hydrogen to the reduced anode to drive the solid oxide fuel cell.

상기 전해질의 세리아계 금속 산화물은 이온 전도성이 높으나, 화학적 안정성이 낮은 단점이 있다. 구체적으로, 상기 세리아계 금속 산화물은 수소에 의해 Ce 4가 이온이 3가로 쉽게 환원되며, 환원된 세리아계 금속 산화물은 전자전도의 특성이 증가되어 전류가 흐르게 된다. The ceria-based metal oxide of the electrolyte has a high ion conductivity, but has a disadvantage of low chemical stability. Specifically, the ceria-based metal oxides are easily reduced to trivalent Ce tetravalent ions by hydrogen, and the reduced ceria-based metal oxides have increased characteristics of electron conduction so that current flows.

이에, 상기 전해질이 환원된 세리아계 금속 산화물을 포함하는 경우, 이러한 전해질에 의해 공기극과 연료극 사이에 전류가 흐를 수 있다. 공기극과 연료극 사이에 전류가 흐름에 따라 개방회로전압(OCV)이 하락하고, 연료 전지의 에너지 변환 효율이 감소할 수 있다.Thus, when the electrolyte includes a reduced ceria-based metal oxide, current may flow between the air electrode and the fuel electrode by the electrolyte. As the current flows between the cathode and the anode, the open circuit voltage (OCV) may decrease, and the energy conversion efficiency of the fuel cell may decrease.

본 명세서에 따른 일 실시상태에 따르면, 상기 산소공공의 증가단계에서 산소공공이 증가된 복합금속 산화물을 포함하는 공기극은 산소이온 전도도가 증가될 수 있다.According to the exemplary embodiment according to the present specification, the cathode including the composite metal oxide having increased oxygen pores in the oxygen pores increase step may increase oxygen ion conductivity.

산소이온 전도도가 증가된 공기극으로부터 전해질로의 산소 이온(O2-)의 주입이 원활할 수 있으며, 공기극으로부터 주입된 산소 이온은 전해질을 산화시켜 줌으로써 산소 이온에 의해 산화 상태를 유지하는 면적은 증가되고 수소가 공급되는 연료극으로부터 유입되는 수소에 의해 환원되는 면적은 감소되어, 전체적으로 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질의 수소에 대한 환원 내구성이 향상될 수 있다.Injection of oxygen ions (O 2- ) into the electrolyte from the cathode with increased oxygen ion conductivity can be facilitated, and the oxygen ions injected from the cathode oxidize the electrolyte, thereby increasing the area maintained by the oxygen ions. And the area reduced by the hydrogen flowing from the anode supplied with hydrogen is reduced, so that the reduction durability of the electrolyte including the ceria-based metal oxide as a whole can be improved.

상기 산소공공의 증가단계에서, 산소공공이 증가된 복합금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the increasing step of the oxygen vacancy, the composite metal oxide having increased oxygen vacancy may include at least one of the composite metal oxide represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 2에서, In Chemical Formula 2,

0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.2≤δ≤0.5이고, A는 Ba 또는 La이다.0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.2 ≦ δ ≦ 0.5, and A is Ba or La.

상기 고체 산화물 연료전지가 구동될 때, 상기 연료극으로 공급되는 수소의 유량이 증가함에 따라 상기 고체 산화물 연료전지의 개방회로전압(OCV)이 증가할 수 있다. When the solid oxide fuel cell is driven, an open circuit voltage (OCV) of the solid oxide fuel cell may increase as the flow rate of hydrogen supplied to the anode increases.

상기 연료극으로 공급되는 수소의 유량이 5cc/cm2에서 125cc/cm2로 증가하고 상기 연료극으로 공급되는 수소에 대한 하기 식 2에 따른 연료이용율(Uf)이 80% 이하인 수소 유량의 범위에서, 상기 고체 산화물 연료전지의 개방회로전압(OCV)이 증가할 수 있다. In the range of hydrogen flow rate in which the flow rate of hydrogen supplied to the anode increases from 5cc / cm 2 to 125cc / cm 2 and the fuel utilization rate (U f ) according to Equation 2 below for hydrogen supplied to the anode is 80% or less, The open circuit voltage (OCV) of the solid oxide fuel cell may increase.

[식 2][Equation 2]

Uf=e-/Hfeed Ⅹ 100 U f = e - / H feed 100

상기 식 2에서, e-는 연료에 의해 생성되는 전자의 개수이고, Hfeed는 연료극으로 공급되는 수소원자의 개수이다.In Equation 2, e is the number of electrons generated by the fuel, and H feed is the number of hydrogen atoms supplied to the anode.

상기 연료 이용율은 주입되는 연료(수소원자의 개수) 대비 생성되는 전자의 개수를 백분율로 나타낸 값이다. 일정한 전류를 뽑아낸다고 가정했을 때 연료를 적게 주입한다면 연료를 이용하는 효율이 높아지고, 연료 이용율을 높이기 위해 연료를 너무 적게 주입하면, 주입되는 연료가 모두 전자로 변환되지 못하기 때문에 원하는 전류를 뽑아낼 수 없게 된다. The fuel utilization rate is a value representing the number of electrons generated as a percentage of the injected fuel (the number of hydrogen atoms). If we inject a small amount of fuel assuming a constant current draw, the efficiency of using fuel increases, and if we inject too little fuel to increase fuel utilization, all the injected fuel cannot be converted into electrons, so we can extract the desired current. There will be no.

연료 이용율 80% 이하의 유량 범위라는 것은 어느 정도 이상의 유량이(5cc/cm2 이상) 주입되어야 일정한 전압(voltage)을 나타낼 수 있다는 것을 의미하며, 세리아(ceria)계 전해질의 경우 그 이상의 수소를 주입할 경우 전해질이 점차 환원되어 개방회로전압(OCV)이 점점 낮아질 수 있다는 것을 나타낸다.A flow rate range of less than 80% fuel utilization means that a certain amount of flow rate (more than 5 cc / cm 2 ) can be injected to show a constant voltage, and in the case of ceria-based electrolytes, more hydrogen is injected. In this case, the electrolyte gradually decreases, indicating that the open circuit voltage (OCV) may gradually decrease.

고체 산화물 연료전지에서 공기극은 전기 전도도와 산소이온 전도도를 모두 가지고 있으나, 전기 전도도와 산소이온 전도도는 서로 양립하기 어려운 트레이드 오프(trade off) 관계를 갖는 것이 일반적이다. 그러나, 공기극은 전극으로서 전기 전도도가 높은 것이 바람직하지만, 공기극에서 형성된 산소이온이 전해질로 잘 전달되기 위해서는 산소이온전도도 또한 반드시 요구되는 특성이다.In the solid oxide fuel cell, the cathode has both electrical conductivity and oxygen ion conductivity, but electrical conductivity and oxygen ion conductivity generally have a trade off relationship that is incompatible with each other. However, although it is preferable that the cathode has high electrical conductivity as an electrode, oxygen ion conductivity is also a required characteristic for oxygen ions formed at the cathode to be well transferred to the electrolyte.

화학식 1로 표시되는 복합금속 산화물은 A, Sr, Co 및 Fe의 금속들의 종류 및 이들의 함량비에 의해 전기 전도도와, 산소공공(δ)값과 관계있는 산소이온 전도도가 영향을 받는다. The composite metal oxide represented by the formula (1) is affected by the electrical conductivity and the oxygen ion conductivity related to the oxygen pore ( δ ) value by the kind of the metals of A, Sr, Co and Fe and the content ratio thereof.

공기극은 산소이온 전도도보다는 전기 전도도가 높은 재료로 제조할 수 있으며, 이와 같은 재료의 특성은 본 명세서의 고체 산화물 연료전지를 밀봉한 후, 상기 산소공공의 증가단계를 수행되기 전까지 유지될 수 있다. 상기 산소공공의 증가단계를 수행함으로써, 질소처리로 공기극 재료의 산소가 추가로 제거되어 산소결핍이 높아져 공기극 재료의 산소공공(δ)이 증가될 수 있다. 이때, 상기 산소공공의 증가단계에서, 공기극 재료의 A, Sr, Co 및 Fe의 금속은 거의 변동이 없어 전기 전도도는 유지되면서 공기극 재료의 산소결핍의 증가로 산소이온 전도도가 증가할 수 있다. The cathode may be made of a material having a higher electrical conductivity than the oxygen ion conductivity, and the characteristics of the material may be maintained after sealing the solid oxide fuel cell of the present disclosure and before the increase of the oxygen vacancies is performed. By performing the step of increasing the oxygen vacancy, the oxygen treatment of the cathode material may be further removed by nitrogen treatment to increase oxygen deficiency, thereby increasing the oxygen void δ of the cathode material. At this time, in the increase of the oxygen vacancy, the metal of the A, Sr, Co and Fe of the cathode material is almost unchanged, the electrical conductivity is maintained and the oxygen ion conductivity can be increased by increasing the oxygen deficiency of the cathode material.

본 명세서의 상기 산소공공의 증가단계를 수행하여 증가된 산소공공(δ)값을 갖는 무기물 입자를 고체 산화물 연료전지의 공기극을 제조하기 위한 단계부터 선택하는 경우, 해당 산소공공(δ)값을 갖기 위해 A, Sr, Co 및 Fe의 금속들의 비율이 변경되어 요구되는 전기 전도도에 미치지 못할 수 있고, 공기극의 소결단계, 밀봉단계 등에서 공정상 고온에 노출되어 산소공공(δ)값이 감소되어 산소이온 전도도가 줄어들 수 있다. In the case where the inorganic particles having the increased oxygen vacancy ( δ ) value are selected from the step for preparing the cathode of the solid oxide fuel cell by performing the step of increasing the oxygen vacancy of the present specification, the oxygen vacancy ( δ ) value is obtained. The ratio of the metals of A, Sr, Co and Fe may change to reach the required electrical conductivity, and the oxygen vacancy ( δ ) value is reduced due to exposure to high temperatures in the process of sintering and sealing of the cathode, and thus oxygen ions. Conductivity may be reduced.

본 명세서는 상기 구동방법에 따라 구동되고, 연료극, 하기 화학식 2로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 구비되고 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지로서, 상기 고체 산화물 연료전지가 구동될 때, 상기 연료극으로 공급되는 수소의 유량이 증가함에 따라 상기 고체 산화물 연료전지의 개방회로전압(OCV)이 증가하는 고체 산화물 연료전지를 제공한다. Herein is driven according to the driving method, a solid comprising a fuel electrode, an air electrode including at least one of a composite metal oxide represented by the following formula (2) and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a ceria-based metal oxide As the oxide fuel cell, when the solid oxide fuel cell is driven, an open circuit voltage (OCV) of the solid oxide fuel cell increases as the flow rate of hydrogen supplied to the anode increases.

[화학식 2][Formula 2]

A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 2에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.2≤δ≤0.5이고, A는 Ba 또는 La이다.In Formula 2, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.2 ≦ δ ≦ 0.5, and A is Ba or La.

도 1은 고체 산화물형 연료전지의 전기 발생 원리를 개략적으로 도시한 것으로, 고체 산화물형 연료전지는 전해질층(Electrolyte)과 이 전해질층의 양면에 형성되는 연료극(Anode) 및 공기극(Cathode)로 구성된다. 고체산화물형 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 공기극에서 공기가 전기화학적으로 환원되면서 산소이온이 생성되고 생성된 산소이온은 전해질층을 통해 연료극으로 전달된다. 연료극에서는 수소, 메탄올, 부탄 등과 같은 연료가 주입되고 연료가 산소이온과 결합하여 전기화학적으로 산화되면서 전자를 내어놓고 물을 생성한다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.FIG. 1 schematically illustrates the principle of electricity generation of a solid oxide fuel cell. The solid oxide fuel cell includes an electrolyte layer, an anode, and a cathode formed on both surfaces of the electrolyte layer. do. Referring to FIG. 1, which illustrates a principle of electricity generation of a solid oxide fuel cell, oxygen ions are generated as the air is electrochemically reduced in the cathode, and the generated oxygen ions are transferred to the anode through the electrolyte layer. In the anode, fuel such as hydrogen, methanol, butane, and the like are injected, and the fuel is combined with oxygen ions to oxidize electrochemically, thereby producing electrons and generating water. This reaction causes the movement of electrons in the external circuit.

상기 공기극은 하기 화학식 2로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The cathode may include at least one of the composite metal oxides represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 2에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.2≤δ≤0.5이고, A는 Ba 또는 La이다.In Formula 2, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.2 ≦ δ ≦ 0.5, and A is Ba or La.

상기 공기극은 하기 화학식 3으로 표시되는 복합금속 산화물 및 하기 화학식 4로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The cathode may include at least one of a composite metal oxide represented by Formula 3 and a composite metal oxide represented by Formula 4.

[화학식 3][Formula 3]

Ba1-xSrxCo1-yFeyO3-δ Ba 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 3에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.2≤δ≤0.5이고,In Formula 3, 0.2≤x≤0.5, 0.6≤y <1, 0.2≤δ≤0.5,

[화학식 4][Formula 4]

La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ

상기 화학식 4에서, 0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.2≤δ≤0.5이다.In Formula 4, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, and 0.2 ≦ δ ≦ 0.5.

상기 화학식 2 내지 4에서, y는 각각 독립적으로 0.8 이상 1 미만일 수 있다.In Chemical Formulas 2 to 4, y may be each independently 0.8 or less than 1.

상기 공기극은 전해질의 무기물을 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 세리아계 금속 산화물을 더 포함할 수 있고, 더 구체적으로 사마륨 도프 세리아 및 가돌리늄 도프 세리아 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. The cathode may further include an inorganic material of the electrolyte, and may further include a ceria-based metal oxide, and more specifically, may further include at least one of samarium dope ceria and gadolinium dope ceria.

상기 전해질층이 가돌리늄 도프 세리아를 포함하는 경우, 상기 공기극은 전해질층의 무기물인 가돌리늄 도프 세리아 더 포함할 수 있다. When the electrolyte layer includes gadolinium dope ceria, the air electrode may further include gadolinium dope ceria which is an inorganic material of the electrolyte layer.

상기 공기극은 란탄 스트론튬 코발트 산화물(Lanthanum strontium cobalt oxide: LSC)를 더 포함할 수 있다. The cathode may further include a lanthanum strontium cobalt oxide (LSC).

상기 공기극의 두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 공기극의 두께는 20㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다.The cathode may have a thickness of 10 μm or more and 100 μm or less. Specifically, the cathode may have a thickness of 20 μm or more and 50 μm or less.

상기 공기극의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 공기극의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다. The porosity of the air electrode may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the air electrode may be 10% or more and 30% or less.

상기 공기극의 기공의 직경은 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 공기극의 기공의 직경은 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 공기극의 기공의 직경은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하일 수 있다.The pore diameter of the air electrode may be 0.1 μm or more and 10 μm or less. Specifically, the diameter of the pores of the air electrode may be 0.5 ㎛ or more and 5 ㎛ or less. More specifically, the diameter of the pores of the air electrode may be 0.5 ㎛ or more and 2 ㎛ or less.

상기 공기극의 제조방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 공기극용 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 소성하거나, 공기극 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 공기극용 그린시트를 제조하고, 1 이상의 공기극용 그린시트 단독 또는 이웃한 이종층의 그린시트와 함께 소성되어 공기극을 제조할 수 있다. The manufacturing method of the cathode is not particularly limited, for example, by coating a slurry for the cathode and drying and baking it, or by coating and drying the cathode slurry on a separate release paper to prepare a cathode green sheet, at least one cathode The green sheet may be fired alone or with the green sheets of neighboring heterogeneous layers to prepare an air electrode.

상기 공기극용 그린시트의 두께는 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하일 수 있다.The cathode green sheet may have a thickness of 10 μm or more and 100 μm or less.

상기 공기극용 슬러리는 산소이온 전도성을 갖는 무기물 입자를 포함하며, 필요에 따라 상기 공기극용 슬러리는 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The cathode slurry includes inorganic particles having oxygen ion conductivity, and the cathode slurry may further include at least one of a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent, as necessary. The binder resin, plasticizer, dispersant and solvent are not particularly limited, and conventional materials known in the art may be used.

상기 공기극용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 화학식 2로 표시되는 복합금속 산화물 입자의 함량이 40중량% 이상 70중량% 이하이며, 용매의 함량이 10중량% 이상 30중량% 이하이고, 분산제의 함량이 5중량% 이상 10중량% 이하이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 이상 3중량% 이하이고, 바인더가 10중량% 이상 30중량% 이하일 수 있다.Based on the total weight of the slurry for the cathode, the content of the composite metal oxide particles represented by the formula (2) is 40% to 70% by weight, the solvent content is 10% to 30% by weight of the dispersant The content may be 5 wt% or more and 10 wt% or less, the content of the plasticizer may be 0.5 wt% or more and 3 wt% or less, and the binder may be 10 wt% or more and 30 wt% or less.

상기 연료극은 고체산화물 연료전지용 연료극에 적용될 수 있도록, 산소이온 전도성을 갖는 무기물을 포함할 수 있다. 상기 무기물의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 상기 무기물은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ: (Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 및 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The anode may include an inorganic material having oxygen ion conductivity, so that the anode may be applied to the anode for a solid oxide fuel cell. The type of the inorganic material is not particularly limited, but the inorganic material is yttria stabilized zirconium oxide (zirconia) (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15), Scandia Stabilized zirconium oxide (ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15), samarium dope ceria (SDC: (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1- x , x = 0.02 to 0.4) and gadolinium dope ceria (GDC: (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 to 0.4).

상기 연료극은 전해질의 금속 산화물과 동일한 무기물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질이 세리아계 금속 산화물을 포함하는 경우, 상기 연료극은 세리아계 금속 산화물을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 전해질이 가돌리늄 도프 세리아를 포함하는 경우, 상기 연료극으로 가돌리늄 도프 세리아를 포함할 수 있다.The fuel electrode may include the same inorganic material as the metal oxide of the electrolyte. Specifically, when the electrolyte includes a ceria-based metal oxide, the fuel electrode may include a ceria-based metal oxide. More specifically, when the electrolyte includes gadolinium dope ceria, the anode may include gadolinium dope ceria.

상기 연료극의 두께는 300㎛ 이상 800㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 연료극의 두께는 500㎛ 이상 700㎛ 이하일 수 있다.The fuel electrode may have a thickness of 300 μm or more and 800 μm or less. Specifically, the thickness of the anode may be 500 μm or more and 700 μm or less.

상기 연료극의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 연료극의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.The porosity of the anode may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the anode may be 10% or more and 30% or less.

상기 연료극의 기공의 직경은 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 연료극의 기공의 직경은 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 연료극의 기공의 직경은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하일 수 있다.The pore diameter of the anode may be 0.1 μm or more and 10 μm or less. Specifically, the diameter of the pores of the anode may be 0.5 ㎛ or more and 5 ㎛ or less. More specifically, the diameter of the pores of the anode may be 0.5 ㎛ or more and 2 ㎛ or less.

상기 연료극의 제조방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 연료극용 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 소성하거나, 연료극 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 연료극용 그린시트를 제조하고, 1 이상의 연료극용 그린시트 단독 또는 이웃한 이종층의 그린시트와 함께 소성되어 연료극을 제조할 수 있다. The manufacturing method of the anode is not particularly limited, for example, by coating the slurry for the anode and drying and baking it, or coating the anode slurry on a separate release paper and dried to produce a green sheet for the anode, at least one anode The green sheet may be fired alone or with the green sheets of adjacent heterogeneous layers to manufacture a fuel electrode.

상기 연료극용 그린시트의 두께는 500 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하일 수 있다.The anode green sheet may have a thickness of 500 μm or more and 1000 μm or less.

상기 연료극용 슬러리는 산소이온 전도성을 갖는 무기물 입자를 포함하며, 필요에 따라 상기 연료극용 슬러리는 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The anode slurry includes inorganic particles having oxygen ion conductivity, and the anode slurry may further include at least one of a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent, as necessary. The binder resin, plasticizer, dispersant and solvent are not particularly limited, and conventional materials known in the art may be used.

상기 연료극용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 산소이온 전도성을 갖는 무기물 입자의 함량이 10중량% 이상 40중량% 이하이며, 용매의 함량이 10중량% 이상 30중량% 이하이고, 분산제의 함량이 5중량% 이상 10중량% 이하이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 이상 3중량% 이하이고, 바인더가 10중량% 이상 30중량% 이하일 수 있다.The content of the inorganic particles having the oxygen ion conductivity is 10% by weight to 40% by weight, the solvent content is 10% by weight to 30% by weight, and the content of the dispersant is based on the total weight of the slurry for the anode. 5 wt% or more and 10 wt% or less, the content of the plasticizer may be 0.5 wt% or more and 3 wt% or less, and the binder may be 10 wt% or more and 30 wt% or less.

상기 연료극용 슬러리는 NiO를 더 포함할 수 있다. 상기 연료극용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 NiO의 함량은 30 중량% 이상 60 중량% 이하일 수 있다. The anode slurry may further include NiO. Based on the total weight of the slurry for the anode, the content of NiO may be 30 wt% or more and 60 wt% or less.

상기 연료극은 별도의 다공성 세라믹 지지체 또는 다공성 금속 지지체 상에 구비되거나, 연료극 지지체와 연료극 기능층을 포함할 수 있다. 이때, 연료극 지지체는 연료극 기능층과 동일한 무기물을 포함하되 연료극 기능층보다 기공율이 높고 상대적으로 두께가 두꺼워 다른 층을 지지하는 층이며, 상기 연료극 기능층은 상기 연료극 지지체와 전해질층 사이에 구비되어 실제 연료극으로서의 주된 역할을 주행하는 층일 수 있다. The anode may be provided on a separate porous ceramic support or a porous metal support, or may include an anode support and an anode functional layer. In this case, the anode support is a layer including the same inorganic material as the anode functional layer but having a higher porosity and a relatively thicker thickness than the anode functional layer to support another layer, and the anode functional layer is provided between the anode support and the electrolyte layer to be actually used. It may be a floor which plays a main role as an anode.

상기 연료극이 다공성 세라믹 지지체 또는 다공성 금속 지지체 상에 구비되는 경우, 제조된 연료극용 그린시트를 소성된 다공성 세라믹 지지체 또는 다공성 금속 지지체 상에 라미네이트한 후 이를 소성하여 연료극을 제조할 수 있다.When the anode is provided on the porous ceramic support or the porous metal support, the manufactured anode green sheet may be laminated on the fired porous ceramic support or the porous metal support, and then fired to manufacture the anode.

상기 연료극이 연료극 지지체와 연료극 기능층을 포함하는 경우, 제조된 연료극 기능층용 그린시트를 소성된 연료극 지지체 상에 라미네이트한 후 이를 소성하여 연료극을 제조할 수 있다.When the anode includes an anode support and an anode functional layer, the manufactured anode sheet may be laminated on the baked anode support and then fired to manufacture the anode.

상기 연료극이 연료극 지지체와 연료극 기능층을 포함하는 경우, 상기 연료극 지지체의 두께는 300㎛ 이상 800㎛ 이하일 수 있으며, 연료극 기능층의 두께는 5㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다.When the anode includes the anode support and the anode functional layer, the thickness of the anode support may be 300 μm or more and 800 μm or less, and the thickness of the anode function layer may be 5 μm or more and 50 μm or less.

상기 전해질은 세리아계 금속 산화물을 포함할 수 있다.The electrolyte may include a ceria-based metal oxide.

상기 세리아계 금속 산화물은 산소 이온 전도성이 있는 세리아계 금속 산화물이라면 특별히 한정하지 않으나, 구체적으로 사마륨 도프 세리아 및 가돌리늄 도프 세리아 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로 가돌리늄 도프 세리아를 포함할 수 있다.The ceria-based metal oxide is not particularly limited as long as it is a ceria-based metal oxide having oxygen ion conductivity. Specifically, the ceria-based metal oxide may include at least one of samarium dope ceria and gadolinium dope ceria, and more specifically, may include gadolinium dope ceria. .

상기 전해질의 두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질의 두께는 20㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다.The thickness of the electrolyte may be 10 μm or more and 100 μm or less. Specifically, the electrolyte may have a thickness of 20 μm or more and 50 μm or less.

상기 전해질의 제조방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 전해질용 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 소성하거나, 전해질 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 전해질용 그린시트를 제조하고, 1 이상의 전해질용 그린시트 단독 또는 이웃한 이종층의 그린시트와 함께 소성되어 전해질을 제조할 수 있다. The manufacturing method of the electrolyte is not particularly limited, for example, by coating an electrolyte slurry and drying and baking it, or by coating and drying the electrolyte slurry on a separate release paper to prepare an electrolyte green sheet, and at least one electrolyte The green sheet may be fired alone or with the green sheets of adjacent heterogeneous layers to prepare an electrolyte.

상기 전해질용 그린시트의 두께는 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하일 수 있다.The electrolyte green sheet may have a thickness of 10 μm or more and 100 μm or less.

상기 전해질용 슬러리는 세리아계 금속 산화물 입자를 포함하며, 필요에 따라 상기 연료극용 슬러리는 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The slurry for the electrolyte may include ceria-based metal oxide particles, and if necessary, the slurry for the anode may further include at least one of a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent. The binder resin, plasticizer, dispersant and solvent are not particularly limited, and conventional materials known in the art may be used.

상기 전해질층용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 세리아계 금속 산화물 입자의 함량은 40 중량% 이상 70 중량% 이하일 수 있다.Based on the total weight of the slurry for the electrolyte layer, the content of the ceria-based metal oxide particles may be 40 wt% or more and 70 wt% or less.

상기 전해질층용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 용매의 함량이 10중량% 이상 30중량% 이하이고, 분산제의 함량이 5중량% 이상 10중량% 이하이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 이상 3중량% 이하이고, 바인더가 10중량% 이상 30중량% 이하일 수 있다.Based on the total weight of the slurry for the electrolyte layer, the solvent content is 10% to 30% by weight, the content of the dispersant is 5% to 10% by weight, and the content of the plasticizer is 0.5% to 3% by weight. Or less, and the binder may be 10 wt% or more and 30 wt% or less.

본 명세서에서, 상기 그린시트는 완전한 최종 제품이 아닌 다음 단계에서 가공을 할 수 있는 상태의 필름 형태의 막을 의미한다. 다시 말하면, 상기 그린시트는 무기물 입자 및 용매를 포함하는 코팅 조성물로 도포하여 시트형으로 건조시킨 것이며, 상기 그린시트는 약간의 용매를 포함하면서 시트형태를 유지할 수 있는 반건조 상태의 시트를 말한다.In the present specification, the green sheet refers to a film in the form of a film that can be processed in the next step, not a complete final product. In other words, the green sheet is coated with a coating composition containing inorganic particles and a solvent and dried in a sheet form, and the green sheet refers to a sheet in a semi-dried state that can maintain a sheet form while containing some solvent.

상기 연료 전지의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.The shape of the fuel cell is not limited, and may be, for example, coin, flat, cylindrical, horn, button, sheet or stacked.

상기 연료 전지는 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.Specifically, the fuel cell may be used as a power source of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

본 명세서는 연료 전지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다. The present specification provides a battery module including a fuel cell as a unit cell.

도 2는 연료전지를 포함하는 전지모듈의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지는 전지모듈(60), 산화제 공급부(70) 및 연료 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.2 schematically illustrates an embodiment of a battery module including a fuel cell, wherein the fuel cell includes a battery module 60, an oxidant supply unit 70, and a fuel supply unit 80.

전지모듈(60)은 상술한 연료전지를 단위전지로 하나 또는 둘 이상 포함하며, 단위전지가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 세퍼레이터는 단위전지들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 단위전지로 전달하는 역할을 한다.The battery module 60 includes one or two or more of the above-described fuel cells as unit cells, and when two or more unit cells are included, a separator interposed therebetween. The separator prevents the unit cells from being electrically connected and delivers fuel and oxidant supplied from the outside to the unit cell.

산화제 공급부(70)는 산화제를 전지모듈(60)으로 공급하는 역할을 한다. 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 산화제 공급부(70)로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidant supply unit 70 serves to supply the oxidant to the battery module 60. Oxygen is typically used as the oxidant, and may be used by injecting oxygen or air into the oxidant supply unit 70.

연료 공급부(80)는 연료를 전지모듈(60)으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(81) 및 연료 탱크(81)에 저장된 연료를 전지모듈(60)으로 공급하는 펌프(82)로 구성될 수 있다. 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있다. 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다.The fuel supply unit 80 supplies fuel to the battery module 60, and a fuel tank 81 storing fuel and a pump 82 supplying fuel stored in the fuel tank 81 to the battery module 60. It can be composed of). As fuel, hydrogen or hydrocarbon fuel in gas or liquid state may be used. Examples of hydrocarbon fuels include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas.

이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present specification, but not to limit the present specification.

[실시예]EXAMPLE

[실시예 1]Example 1

두께가 120㎛인 연료극 지지체(GDC/NiO) 그린시트를 8장 적층하고 그 위에 두께가 80㎛인 연료극 기능층(GDC/NiO) 그린시트 1장, 두께가 20㎛인 전해질(GDC) 그린시트 2장을 순차적으로 적층한 적층체를 제조했다. 상기 적층체를 절삭한 후 다공성 세라믹 셋터 위에서 최종온도 1500℃에서 3시간 동안 소결을 진행하였다. 전해질 표면 위에 공기극 슬러리(LSCF6428(La0 . 6Sr0 . 4Co0 . 2Fe0 . 8O3 , δ< 0.1), GDC 및 LSC 혼합물, LSCF, GDC 및 LSC의 중량비는 3: 2: 5) 스크린프린팅으로 도포하여 최종온도 1000℃~1100℃에서 소성하여 SOFC 셀을 제작하였다. Stack 8 sheets of anode support (GDC / NiO) green sheet with thickness of 120㎛, and one anode functional layer (GDC / NiO) green sheet with thickness of 80㎛ on it, electrolyte (GDC) green sheet with thickness of 20㎛ The laminated body which laminated two sheets sequentially was manufactured. After cutting the laminate, sintering was performed at a final temperature of 1500 ° C. for 3 hours on a porous ceramic setter. Air electrode slurry (LSCF6428 above electrolyte surface (La Sr 0 0 6 4 0 2 Fe Co 0 8 O 3 weight ratio of -δ, δ <0.1), GDC, and LSC mixture, LSCF, GDC, and LSC is 3:... 2 : 5) The SOFC cell was fabricated by screen printing and baking at a final temperature of 1000 ° C. to 1100 ° C.

상기 SOFC셀의 연료극을 수소로 환원시켜 OCV가 0.925V로 유지되는 것을 확인한 후, 공기극과 연료극 모두 600에서 질소 분위기를 형성하여 1시간 동안 유지 하였다. 질소에 1시간 노출 후 다시 공기극과 연료극에 각각 공기와 수소를 공급하여 도 3과 같이 0.94V로 향상된 OCV 특성을 확인하였다.After confirming that the OCV was maintained at 0.925V by reducing the anode of the SOFC cell with hydrogen, both the cathode and the anode formed a nitrogen atmosphere at 600 ° C. and maintained for 1 hour. After 1 hour of exposure to nitrogen, air and hydrogen were again supplied to the cathode and the anode to confirm the improved OCV characteristics as 0.94V as shown in FIG. 3.

이때, 질소 분위기는 질소의 유량이 500cc/cm2이었고, 공기 및 연료의 공급을 중단하였다. At this time, in the nitrogen atmosphere, the flow rate of nitrogen was 500 cc / cm 2 , and the supply of air and fuel was stopped.

[실시예 2]Example 2

상기 실시예 1에서 600℃에서 질소 treatment가 실시된 SOFC셀의 OCV가 0.94V로 유지되는 것을 확인한 후 공기극과 연료극 모두 650℃에서 질소 분위기를 형성하여 1시간 동안 유지하였다. 질소에 1시간 노출 후 다시 공기극과 연료극에 각각 공기와 수소를 공급하여 도 4와 같이 0.956V로 향상된 OCV 특성을 확인하였다.In Example 1, after confirming that the OCV of the SOFC cell subjected to nitrogen treatment at 600 ° C. was maintained at 0.94 V, both the cathode and the anode formed a nitrogen atmosphere at 650 ° C. and maintained for 1 hour. After 1 hour of exposure to nitrogen, air and hydrogen were again supplied to the cathode and the anode to confirm the improved OCV characteristics as 0.956V as shown in FIG. 4.

이때, 온도를 650℃로 변경한 것을 제외하고 질소 분위기 형성조건은 실시예와 동일하다.At this time, except that the temperature was changed to 650 ℃ nitrogen forming conditions are the same as in the embodiment.

또한, 수소 유량을 10cc/cm2에서 500cc/cm2로 증가시켰을 때 도 5와 같이 OCV가 증가되는 것을 확인할 수 있다. In addition, when increasing the hydrogen flow rate from 10cc / cm 2 to 500cc / cm 2 it can be seen that the OCV increases as shown in FIG.

[비교예 1]Comparative Example 1

실시예 1과 같은 방법으로 제조된 SOFC셀의 연료극을 수소로 환원시켜 OCV가 0.925V로 유지되는 것을 확인한 후, 질소 분위기 형성단계없이, 바로 공기극과 연료극에 각각 공기와 수소를 공급하여 OCV를 측정했다.After confirming that the OCV is maintained at 0.925V by reducing the anode of the SOFC cell manufactured in the same manner as in Example 1, the OCV is measured by directly supplying air and hydrogen to the cathode and the anode, respectively, without forming a nitrogen atmosphere. did.

이때, 수소 유량을 10cc/cm2에서 500cc/cm2로 증가시켰을 때 도 6과 같이 OCV값이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.At this time, when increasing the hydrogen flow rate from 10cc / cm 2 to 500cc / cm 2 it was confirmed that the OCV value decreases as shown in FIG.

[실험예 1]Experimental Example 1

550℃, 600℃, 650℃ 및 800℃에서 산소센서를 사용하여, 질소 분위기(100cc), 수소 분위기(100cc), 질소와 수소의 혼합 분위기(각각 100cc)에서의 산소 분압을 각각 측정하였으며, 하기 식 3을 토대로 상기 온도별 산소 분압을 계산하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈으며, 각각의 값은 log(Po2/bar)를 나타낸다.Oxygen partial pressure in nitrogen atmosphere (100cc), hydrogen atmosphere (100cc), mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen (100cc each) was measured using an oxygen sensor at 550 ° C, 600 ° C, 650 ° C and 800 ° C. The oxygen partial pressure for each temperature was calculated based on Equation 3. The results are shown in Table 1 below, with each value representing log (Po 2 / bar).

[식 3][Equation 3]

Figure 112016095330371-pat00001
Figure 112016095330371-pat00001

· E0:표준전극전위E 0 : Standard electrode potential

· R:기체 상수R: gas constant

· T:절대 온도 (K)T : Absolute temperature (K)

· z:용액 이온의 원자가Z: Valence of solution ions

· a:환원 및 산화체의 활성도A : reduction and activity of oxidant

· F: 패러데이 상수(=96,485 C/mol)F : Faraday's constant (= 96,485 C / mol)

Figure 112016095330371-pat00002
Figure 112016095330371-pat00002

상기 표 1에 가스 분위기에 따른 온도별 산소 분압을 식 3을 통해 계산하여 나타냈다. 상기 표 1을 통해 캐소드의 산소공공(vacancy)을 효과적으로 형성할 수 있는 조건을 예측할 수 있다. In Table 1, the oxygen partial pressure for each temperature according to the gas atmosphere was calculated and expressed through Equation 3. Through Table 1, it is possible to predict the conditions that can effectively form the oxygen vacancies (vacancy) of the cathode.

산소 분압(log(Po2/bar))이 -12 이하이면, 캐소드의 페로브스카이트 구조가 급격히 무너져 내리며, 산소 분압이 -5 이상이면, 산소공공(vacancy)이 형성되기 어렵게 된다. 이를 통해, 질소가 공급되는 분위기에서 산소공공이 캐소드의 페로브스카이트 구조가 유지되면서 산소공공(vacancy)이 증가될 수 있음을 알 수 있다.When the oxygen partial pressure (log (Po 2 / bar)) is -12 or less, the perovskite structure of the cathode is rapidly collapsed, and when the oxygen partial pressure is -5 or more, oxygen vacancies are hardly formed. Through this, it can be seen that the oxygen vacancies can be increased while maintaining the perovskite structure of the cathode in the oxygen pores in which nitrogen is supplied.

60: 전지모듈
70: 산화제 공급부
80: 연료 공급부
81: 연료 탱크
82: 펌프
60: battery module
70: oxidant supply
80: fuel supply
81: fuel tank
82: pump

Claims (10)

연료극, 하기 화학식 1로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 구비되고 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법으로서,
상기 연료극과 공기극으로 각각 산소를 포함하는 기체를 공급하면서, 상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도로 조절하는 단계;
상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 연료극으로는 질소와 수소를 공급하여 상기 연료극의 NiO를 Ni로 환원시키는 단계;
상기 공기극으로는 산소를 포함하는 기체를 공급하고, 상기 환원된 연료극으로는 수소를 공급하여 상기 고체 산화물 연료전지를 구동하는 단계; 및
상기 연료극의 환원단계 전 또는 후에, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하여 상기 복합금속 산화물의 산소공공(oxygen vacancy, δ)을 증가시키는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 운전 방법:
[화학식 1]
A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ
상기 화학식 1에서,
0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.01≤δ≤0.1이고, A는 Ba 또는 La이다.
A method of operating a solid oxide fuel cell including a fuel electrode, an air electrode including at least one of a composite metal oxide represented by Formula 1, and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a ceria-based metal oxide,
Adjusting a driving temperature of the solid oxide fuel cell while supplying a gas containing oxygen to the fuel electrode and the air electrode, respectively;
Supplying a gas containing oxygen to the air electrode, and supplying nitrogen and hydrogen to the fuel electrode to reduce NiO of the fuel electrode to Ni;
Supplying a gas containing oxygen to the cathode and supplying hydrogen to the reduced fuel electrode to drive the solid oxide fuel cell; And
Before or after the reduction step of the anode, the method of operating a solid oxide fuel cell comprising supplying nitrogen to the anode and the cathode, respectively, to increase the oxygen vacancy (δ) of the composite metal oxide.
[Formula 1]
A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ
In Chemical Formula 1,
0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.01 ≦ δ ≦ 0.1, and A is Ba or La.
청구항 1에 있어서, 상기 세리아계 금속 산화물은 사마륨 도프 세리아 및 가돌리늄 도프 세리아 중 적어도 하나를 포함하는 것인 고체 산화물 연료전지의 운전 방법.The method of claim 1, wherein the ceria-based metal oxide comprises at least one of samarium dope ceria and gadolinium dope ceria. 청구항 1에 있어서, 상기 고체 산화물 연료전지의 구동 온도는 550℃ 이상 700℃ 이하인 것인 고체 산화물 연료전지의 운전 방법.The method of claim 1, wherein the driving temperature of the solid oxide fuel cell is 550 ° C or more and 700 ° C or less. 청구항 1에 있어서, 상기 연료극의 환원단계에서, 상기 질소의 유량을 기준으로, 상기 수소의 유량의 백분율은 1% 이상 100% 이하인 것인 고체 산화물 연료전지의 운전 방법.The method of operating a solid oxide fuel cell of claim 1, wherein, in the reducing step of the anode, the percentage of the flow rate of the hydrogen is 1% or more and 100% or less based on the flow rate of the nitrogen. 청구항 1에 있어서, 하기 식 1로 나타나는 상기 복합금속 산화물의 산소공공의 변화(Δδ)는 0.1 이상 0.49 이하인 것인 고체 산화물 연료전지의 운전 방법:
[식 1]
Δδ= δfi
상기 식 1에서, δf는 상기 산소공공의 증가단계 후 복합금속 산화물의 산소공공값이며, δi는 상기 산소공공의 증가단계 전 복합금속 산화물의 산소공공값이다.
The method of operating a solid oxide fuel cell as set forth in claim 1, wherein a change (Δδ) of oxygen vacancies of the composite metal oxide represented by Formula 1 is 0.1 or more and 0.49 or less.
[Equation 1]
Δδ = δ fi
In Equation 1, δ f is the oxygen pore value of the composite metal oxide after the increasing step of the oxygen pore, δ i is the oxygen pore value of the composite metal oxide before the step of increasing the oxygen pore.
청구항 1에 있어서, 상기 산소공공의 증가단계 후 복합금속 산화물의 산소공공(δ)은 0.2 이상 0.5 이하인 것인 고체 산화물 연료전지의 운전 방법.The method of operating a solid oxide fuel cell of claim 1, wherein an oxygen pore δ of the composite metal oxide after the increase of the oxygen pore is 0.2 or more and 0.5 or less. 청구항 1에 있어서, 상기 산소공공의 증가단계에서, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하는 시간은 0.5 시간 이상 2 시간 이하인 것인 고체 산화물 연료전지의 운전 방법.The method of operating a solid oxide fuel cell as set forth in claim 1, wherein, in the step of increasing the oxygen vacancy, a time for supplying nitrogen to the fuel electrode and the air electrode, respectively, is 0.5 hours or more and 2 hours or less. 청구항 1에 있어서, 상기 산소공공의 증가단계에서, 상기 연료극과 공기극으로 각각 질소를 공급하는 온도는 550℃ 이상 650℃ 이하인 것인 고체 산화물 연료전지의 운전 방법.The method of operating a solid oxide fuel cell as set forth in claim 1, wherein, in the step of increasing the oxygen vacancy, a temperature for supplying nitrogen to the fuel electrode and the air electrode, respectively, is 550 ° C or more and 650 ° C or less. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따라 구동되고,
연료극, 하기 화학식 2로 표시되는 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 구비되고 세리아계 금속 산화물을 포함하는 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지로서,
상기 고체 산화물 연료전지가 구동될 때, 상기 연료극으로 공급되는 수소의 유량이 증가함에 따라 상기 고체 산화물 연료전지의 개방회로전압(OCV)이 증가하는 고체 산화물 연료전지:
[화학식 2]
A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ
상기 화학식 2에서,
0.2≤x≤0.5이고, 0.6≤y<1이며, 0.2≤δ≤0.5이고, A는 Ba 또는 La이다.
Driven according to any one of claims 1 to 8,
A solid oxide fuel cell comprising a fuel electrode, an air electrode including at least one of a composite metal oxide represented by Formula 2, and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a ceria-based metal oxide,
A solid oxide fuel cell in which an open circuit voltage (OCV) of the solid oxide fuel cell increases as the flow rate of hydrogen supplied to the anode increases when the solid oxide fuel cell is driven:
[Formula 2]
A 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ
In Chemical Formula 2,
0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.6 ≦ y <1, 0.2 ≦ δ ≦ 0.5, and A is Ba or La.
청구항 8에 있어서, 상기 연료극으로 공급되는 수소의 유량이 5cc/cm2에서 125cc/cm2로 증가하고 상기 연료극으로 공급되는 수소에 대한 하기 식 2에 따른 연료이용율(Uf)이 80% 이하인 수소 유량의 범위에서, 상기 고체 산화물 연료전지의 개방회로전압(OCV)이 증가하는 고체 산화물 연료전지:
[식 2]
Uf=e-/Hfeed
상기 식 2에서, e-는 연료에 의해 생성되는 전자의 개수이고, Hfeed는 연료극으로 공급되는 수소원자의 개수이다.
The hydrogen flow rate according to claim 8, wherein the flow rate of hydrogen supplied to the anode increases from 5cc / cm 2 to 125cc / cm 2 and the fuel utilization rate (Uf) according to Equation 2 for hydrogen supplied to the anode is 80% or less. In the range, the solid oxide fuel cell of which the open circuit voltage (OCV) of the solid oxide fuel cell is increased:
[Equation 2]
U f = e - / H feed
In Equation 2, e is the number of electrons generated by the fuel, and H feed is the number of hydrogen atoms supplied to the anode.
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