KR102394514B1 - Zinc-doped magnesium silicate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네슘 실리케이트에 관한 것이다. 1200℃ 이하의 온도(≤ 1200℃)에서 소결될 수 있는 마그네슘 실리케이트를 제공하기 위해, 마그네슘 실리케이트는 일반 화학식 MgxZnyXz[SiO4]를 기반으로 하고, 상기 식에서 1.00 ≤ x ≤ 1.99이고, 0.01 ≤ y ≤ 0.32이고, 0 ≤ z ≤ 0.10이며, X는 칼슘 및/또는 망간 및/또는 철이다. 또한, 본 발명은 상응하는 세라믹 재료, 상응하는 사출 성형 성분, 상응하는 제조 방법뿐만 아니라, 고온 전지 및 에너지 시스템, 특히 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to magnesium silicate. In order to provide magnesium silicate which can be sintered at temperatures of up to 1200 °C (≤ 1200 °C), magnesium silicate is based on the general formula Mg x Zn y X z [SiO 4 ], wherein 1.00 ≤ x ≤ 1.99 , 0.01 ≤ y ≤ 0.32, 0 ≤ z ≤ 0.10, and X is calcium and/or manganese and/or iron. The invention also relates to a corresponding ceramic material, a corresponding injection molding component, a corresponding manufacturing method, as well as a high-temperature cell and an energy system, in particular a cogeneration system.

Description

아연 도핑된 마그네슘 실리케이트{ZINC-DOPED MAGNESIUM SILICATE}Zinc-doped magnesium silicate {ZINC-DOPED MAGNESIUM SILICATE}

본 발명은 마그네슘 실리케이트, 상응하는 세라믹 재료, 상응하는 사출 성형 성분(injection molding component), 상응하는 제조 방법뿐만 아니라, 고온 전지 및 에너지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium silicate, a corresponding ceramic material, a corresponding injection molding component, a corresponding manufacturing method, as well as a high-temperature cell and an energy system.

고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)라고도 하는 고온 연료 전지는 전류 및 열의 생성을 위해, 예컨대 보조 유닛 또는 열병합 발전 시스템(KWK)에 사용될 수 있다.High-temperature fuel cells, also referred to as Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs), can be used for generation of current and heat, such as in auxiliary units or combined heat and power systems (KWKs).

본 발명의 대상은 아연을 함유하는 마그네슘 실리케이트이다. 그러므로 예컨대 마그네슘 실리케이트는 마그네슘 아연 실리케이트라고도 할 수 있다. 특히 마그네슘 실리케이트는 일반 화학식 (Mg,Zn)2[SiO4]를 기반으로 한다.A subject of the present invention is magnesium silicate containing zinc. Thus, for example, magnesium silicate can also be referred to as magnesium zinc silicate. In particular, magnesium silicate is based on the general formula (Mg,Zn) 2 [SiO 4 ].

이 경우, "기반으로 한다"라는 표현는 특히 마그네슘 실리케이트가 일반 화학식에 나타난 원소들 외에 하나 또는 복수의 추가 원소를 경우에 따라 도펀트로서 함유할 수 있다는 것을 의미한다.In this case, the expression "based on" means in particular that the magnesium silicate may contain one or a plurality of additional elements, optionally as dopants, in addition to the elements shown in the general formula.

마그네슘 및 아연 외에도, 마그네슘 실리케이트는 특히 칼슘 및/또는 망간 및/또는 철을 함유할 수 있다. 특히 마그네슘 실리케이트는 칼슘 및/또는 망간 및/또는 철로 도핑될 수 있다.Besides magnesium and zinc, magnesium silicates may in particular contain calcium and/or manganese and/or iron. In particular the magnesium silicate may be doped with calcium and/or manganese and/or iron.

한 실시예의 범위에서, 마그네슘 실리케이트는 일반 화학식 MgxZnyXz[SiO4]를 기반으로 하거나, 또는 이 일반 화학식을 갖는다.In the scope of one embodiment, the magnesium silicate is based on, or has the general formula Mg x Zn y X z [SiO 4 ].

이 경우, X는 예컨대 하나 또는 복수의 다가, 특히 2가 양이온일 수 있다. 예컨대 X는 칼슘 및/또는 망간 및/또는 철일 수 있다.In this case, X may for example be one or a plurality of polyvalent, in particular divalent cations. For example, X may be calcium and/or manganese and/or iron.

이 경우, 예컨대 1.00 ≤ x ≤ 1.99일 수 있다. 예컨대 1.65 또는 1.68 ≤ x ≤ 1.99 또는 1.98 또는 1.95 또는 1.94 또는 1.90 또는 1.87 또는 1.85 또는 1.83 또는 1.80 또는 1.77일 수 있다.In this case, for example, 1.00 ≤ x ≤ 1.99. for example 1.65 or 1.68 ≤ x ≤ 1.99 or 1.98 or 1.95 or 1.94 or 1.90 or 1.87 or 1.85 or 1.83 or 1.80 or 1.77.

이 경우, 예컨대 0.01 ≤ y ≤ 0.32일 수 있다. 특히 0.01 또는 0.05 또는 0.06 또는 0.10 또는 0.15 또는 0.17 또는 0.20 또는 0.23 또는 0.25 ≤ y ≤ 0.32일 수 있다.In this case, for example, 0.01 ≤ y ≤ 0.32. in particular 0.01 or 0.05 or 0.06 or 0.10 or 0.15 or 0.17 or 0.20 or 0.23 or 0.25 ≤ y ≤ 0.32.

경우에 따라서, 0 ≤ z ≤ 0.10일 수 있고, 그에 따라 특히 0 < z ≤ 0.10일 수 있다. 예컨대 0 ≤ z ≤ 0.10 또는 0.09 또는 0.08 또는 0.07 또는 0.06 또는 0.05 또는 0.04일 수 있고, 그에 따라 특히 0 < z ≤ 0.10 또는 0.09 또는 0.08 또는 0.07 또는 0.06 또는 0.05 또는 0.04일 수도 있다. 경우에 따라서는, 0.01 ≤ z ≤ 0.10 또는 0.09 또는 0.08 또는 0.07 또는 0.06 또는 0.05 또는 0.04일 수도 있다.In some cases 0 ≤ z ≤ 0.10, and thus in particular 0 < z ≤ 0.10. for example 0 ≤ z ≤ 0.10 or 0.09 or 0.08 or 0.07 or 0.06 or 0.05 or 0.04, and thus in particular 0 < z ≤ 0.10 or 0.09 or 0.08 or 0.07 or 0.06 or 0.05 or 0.04. In some cases, 0.01 ≤ z ≤ 0.10 or 0.09 or 0.08 or 0.07 or 0.06 or 0.05 or 0.04.

마그네슘 실리케이트가 아연을 함유하거나 아연으로 도핑되는 것을 통해, 바람직하게는 포르스테라이트(forsterite)라고도 하는 일반 화학식 Mg2[SiO4]의 순수 마그네슘 실리케이트의 경우 약 1385℃인 소결 온도는 낮아질 수 있으며, 1200℃ 이하의 온도(≤ 1200℃)에서 이미 치밀하게 소결될 수 있는 마그네슘 실리케이트가 제공될 수 있다.Through the magnesium silicate containing or doped with zinc, the sintering temperature of about 1385° C. for pure magnesium silicate of the general formula Mg 2 [SiO 4 ], preferably also called forsterite, can be lowered, Magnesium silicate can be provided which can already be densely sintered at a temperature of 1200° C. or lower (≤ 1200° C.).

마그네슘 실리케이트가 상기 양으로 마그네슘 및 아연을 함유하는 것을 통해, 바람직하게는 단상의 미세조직이 달성될 수 있다.Through the magnesium silicate containing magnesium and zinc in the above amounts, preferably a single-phase microstructure can be achieved.

이는 특히 차후에 설명되는 고온 전지의 제조를 위해 바람직한 것으로 나타났다. 이러한 고온 전지는 특히 다양한 재료들의 공소결(co-sintering), 다시 말하면 동시/공통 소결에 의해 제조될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 모든 관련 재료들은 소결 온도에서 자신들의 최대 소결을 달성할 수 있어야 하고, 특히 그 경우 분해 또는 연소되지 않아야 하거나 바람직하지 않은 부작용에 관여하지 않아야 한다. 그러나 1200℃를 초과하는 소결 온도(> 1200℃)에서 특히 바람직하지 않은 반응이 발생할 수 있다. 예컨대 고절연성 이종 상(foreign phase)을 형성하면서, 특히 전해질 재료로서 사용될 수 있는 지르코늄 이산화물과 캐소드 재료인 란탄-스트론튬-망간 산화물(LSM)의 바람직하지 않는 반응이 발생할 수 있다. 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트가 1200℃ 이하의 온도(≤ 1200℃)에서 이미 치밀하게 소결될 수 있다는 것은 기밀한 단부 섹션들, 예컨대 기밀한 튜브 캡 및 기밀한 연결 플랜지/장착 플랜지의 형성에 특히 바람직하게 작용할 수 있으며, 그럼으로써 다시 바람직하게는 의도하지 않은 연소 가스 누출이 방지될 수 있다.This has been shown to be particularly desirable for the production of high-temperature cells, which will be described later. Such high-temperature cells can in particular be produced by co-sintering of various materials, ie by co/co-sintering. In this case, preferably all relevant materials should be able to achieve their maximum sintering at the sintering temperature, and in particular in that case should not decompose or burn or participate in undesirable side effects. However, particularly undesirable reactions may occur at sintering temperatures above 1200° C. (>1200° C.). For example, an undesirable reaction of zirconium dioxide, which can be used as an electrolyte material, and lanthanum-strontium-manganese oxide (LSM), which is a cathode material, may occur, forming a highly insulating foreign phase, for example. It is particularly advantageous for the formation of airtight end sections, such as airtight tube caps and airtight connecting flanges/mounting flanges, that the magnesium silicate according to the invention can already be densely sintered at temperatures up to 1200 °C (≤ 1200 °C). In this case, it is possible to prevent an unintended leakage of combustion gases, in turn, preferably.

따라서 전체적으로 바람직하게 적게 소결되는 마그네슘 실리케이트와 그에 따른 포르스테라이트를 기반으로 하고 적게 소결되는 세라믹 재료는 특히 고온 연료 전지(고체 산화물 연료 전지, SOFC) 및/또는 고온 전해질 전지(고체 산화물 전해질 전지, SOEC) 및/또는 고온 금속-공기 전지와 같은 고온 전지의 제조를 위해 제공될 수 있다.Overall, therefore, preferably low-sintering magnesium silicate and thus forsterite-based and low-sintering ceramic materials are particularly advantageous for high-temperature fuel cells (solid oxide fuel cells, SOFCs) and/or high-temperature electrolyte cells (solid oxide electrolyte cells, SOEC). ) and/or for the manufacture of high temperature cells such as high temperature metal-air cells.

바람직하게는 아연에 의해 1200℃ 이하의 조건(≤ 1200℃)에서 치밀 소결성(dense sinterability)이 달성될 수 있을 뿐만 아니라, 그 외에도 하기와 같은 순수 포르스테라이트(Mg2[SiO4])의 바람직한 화학적 및 물리적 특성들도 유지될 수 있는데, 그 이유는 아연이 M2[SiO4] 또는 포르스테라이트 결정 격자 내에 내포될 수 있기 때문이다.Preferably, not only dense sinterability can be achieved under conditions of 1200° C. or less (≤ 1200° C.) with zinc, but also the following pure forsterite (Mg 2 [SiO 4 ]) Chemical and physical properties can also be maintained, since zinc can be incorporated into the M 2 [SiO 4 ] or forsterite crystal lattice.

- 전기 절연,- electrical insulation,

- 특히 다른 고온 전지 성분들, 예컨대 전해질(~ 10ppm/K)에 매칭되는 적합한 열 팽창,- suitable thermal expansion, especially matched to other high temperature cell components, such as electrolyte (~ 10 ppm/K),

- 소결 조건에서뿐만 아니라, 예컨대 폭넓은 산소 부분 압력 범위(10-24 atm < pO2 < 1atm)에 걸쳐 작동 동안에도 예컨대 다른 고온 전지 성분들에 대한 화학적 안정성, 및- chemical stability to eg other high-temperature cell components, not only in sintering conditions, but also during operation, eg over a wide oxygen partial pressure range (10 -24 atm < pO 2 < 1 atm), and

- 치밀하고 다공성인 소결성.- Dense and porous sinterability.

결정 구조 내로 유입되는 다가 (이종) 양이온들(칼슘 및/또는 망간 및/또는 철)은 바람직하게는 이온 격자를 확대시킬 수 있으며, 그리고 강화된 확산에 의해 상대적으로 더 높은 소결 밀도를 가능하게 하면서 소결능(sintering activity)을 더욱 증가시킬 수 있다.Polyvalent (heterogeneous) cations (calcium and/or manganese and/or iron) entering the crystal structure can preferably broaden the ion lattice, and enable a relatively higher sintering density by enhanced diffusion while It is possible to further increase the sintering activity.

마그네슘 실리케이트가 상기 양으로 다가 (이종) 양이온들(칼슘 및/또는 망간 및/또는 철)을 함유하는 것을 통해, 바람직하게는 우수한 전기 절연 강도가 달성될 수 있다.Through the magnesium silicate containing polyvalent (heterogeneous) cations (calcium and/or manganese and/or iron) in the above amounts, preferably good electrical insulating strength can be achieved.

특별한 실시예의 범위에서, 1.65 또는 1.68 ≤ x ≤ 1.85 또는 1.83이며, 예컨대 1.65 또는 1.68 ≤ x ≤ 1.80 또는 1.77이다.Within the scope of a particular embodiment, 1.65 or 1.68 ≤ x ≤ 1.85 or 1.83, such as 1.65 or 1.68 ≤ x ≤ 1.80 or 1.77.

특별한 실시예의 범위에서, 0.15 ≤ y 0.32이며, 예컨대. 0.23 ≤ y ≤ 0.32이다. 예컨대 0.17 또는 0.20 또는 0.23 또는 0.25 ≤ y ≤ 0.32일 수 있다.Within the scope of a particular embodiment, 0.15 ≤ y 0.32, eg. 0.23 ≤ y ≤ 0.32. for example 0.17 or 0.20 or 0.23 or 0.25 ≤ y ≤ 0.32.

특별한 실시예의 범위에서, 0 ≤ z ≤ 0.05이고, 특히 0 < z ≤ 0.05, 예컨대. 0.01 ≤ z ≤ 0.05이다.Within the scope of a particular embodiment, 0 ≤ z ≤ 0.05, in particular 0 < z ≤ 0.05, eg. 0.01 ≤ z ≤ 0.05.

추가 실시예의 범위에서, 0 ≤ z ≤ 0.03, 특히 0 < z ≤ 0.03, 예컨대 0.01 ≤ z ≤ 0.03이다. 예컨대 z = 0.016일 수 있다.Within the scope of a further embodiment, 0 ≤ z ≤ 0.03, in particular 0 < z ≤ 0.03, such as 0.01 ≤ z ≤ 0.03. For example, z = 0.016.

특히 x + y + z = 2일 수 있다.In particular, it may be x + y + z = 2.

특히 마그네슘 실리케이트는 칼슘으로 도핑될 수 있다. 따라서 바람직하게는 소결성의 추가 개선이 달성될 수 있다.In particular, magnesium silicate may be doped with calcium. A further improvement in sinterability can thus advantageously be achieved.

그러므로 추가 실시예의 범위에서, X는 칼슘이다.Therefore, within the scope of a further embodiment, X is calcium.

추가 실시예의 범위에서, 마그네슘 실리케이트는 아일랜드 실리케이트(island silicate)이다. 특히 마그네슘 실리케이트는 감람석(olivine)일 수 있다.In the scope of a further embodiment, the magnesium silicate is an island silicate. In particular the magnesium silicate may be olivine.

감람석은 일반 화학식 M2[SiO4]를 갖는 아일랜드 실리케이트이다. 이런 구조에서 산소 이온들은 구상의 특히 대략 육방 밀집 구조(hexagonal close packing of spheres)를 형성할 수 있다. 이 경우, 상대적으로 더 작은 규소(Si4 +)는 특히 4면체 틈자리들(tetrahedral site)의 일부분을 차지할 수 있다. 그러므로 특히 4면체 틈자리들 중 일부분은 규소 원자들로 채워질 수 있다. 이 경우, 상대적으로 더 큰 M 양이온은 특히 8면체 틈자리들(octaherdral site)을 차지할 수 있다.Olivine is an Irish silicate with the general formula M 2 [SiO 4 ]. Oxygen ions in this structure can form spherical, particularly approximately hexagonal close packing of spheres. In this case, the relatively smaller silicon (Si 4 + ) may occupy a portion of the tetrahedral sites in particular. Therefore, in particular, some of the tetrahedral interstitial sites can be filled with silicon atoms. In this case, the relatively larger M cations can occupy particularly octaherdral sites.

M 자리가 마그네슘(Mg)으로 완전히 채워지면, 마그네슘 실리케이트는 포르스테라이트라고도 한다.When the M site is completely filled with magnesium (Mg), magnesium silicate is also called forsterite.

그러나 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트의 경우, M 자리 또는 8면체 틈자리들은 부분적으로만 마그네슘(Mg)에 의해, 그리고 부분적으로 아연(Zn)에 의해, 그리고 경우에 따라서는 그 밖에도 부분적으로 칼슘 및/또는 망간 및/또는 철과 같은 또 다른 다가, 특히 2가 양이온들에 의해 채워진다.However, in the case of the magnesium silicate according to the invention, the M sites or octahedral intercalation sites are only partially by magnesium (Mg), and partly by zinc (Zn), and in some cases also partly by calcium and/or or another polyvalent, in particular divalent cation, such as manganese and/or iron.

본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트의 추가의 기술적 특징들 및 장점들에 대해, 본 발명에 따르는 세라믹 재료, 본 발명에 따르는 사출 성형 성분, 본 발명에 따르는 제조 방법, 본 발명에 따르는 고온 전지, 본 발명에 따르는 에너지 시스템, 특히 본 발명에 따르는 열병합 발전 시스템과 관련한 설명뿐만 아니라, 도면들 및 실시예 설명이 참조된다.For further technical features and advantages of the magnesium silicate according to the invention, the ceramic material according to the invention, the injection molding component according to the invention, the manufacturing method according to the invention, the high-temperature cell according to the invention, Reference is made to the drawings and the description of the embodiments, as well as the description relating to the energy system that follows, in particular the cogeneration system according to the invention.

본 발명의 추가 대상은 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트를 함유하거나, 또는 그로 형성되는 세라믹 재료이다.A further subject of the invention is a ceramic material containing or formed from the magnesium silicate according to the invention.

본 발명에 따르는 세라믹 재료의 추가의 기술적 특징들 및 장점들에 대해, 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트, 본 발명에 따르는 사출 성형 성분, 본 발명에 따르는 제조 방법, 본 발명에 따르는 고온 전지, 본 발명에 따르는 에너지 시스템, 특히 본 발명에 따르는 열병합 발전 시스템과 관련한 설명뿐만 아니라, 도면들 및 실시예 설명이 참조된다.For further technical features and advantages of the ceramic material according to the invention, the magnesium silicate according to the invention, the injection molding component according to the invention, the manufacturing method according to the invention, the high-temperature cell according to the invention, Reference is made to the drawings and the description of the embodiments, as well as the description relating to the energy system that follows, in particular the cogeneration system according to the invention.

그 밖에도, 본 발명은 특히 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트 및/또는 세라믹 재료의 형성을 위한 사출 성형 성분에 관한 것이다. 사출 성형 성분은 특히 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트의 형성을 위한 출발 물질들을 포함할 수 있다. 예컨대 사출 성형 성분은 마그네슘 실리케이트 및/또는 예컨대 활석의 형태인 마그네슘 실리케이트 수화물, 및/또는 마그네슘 산화물 및 아연 산화물 및/또는 아연 규화물, 그리고 경우에 따라서는 칼슘 탄화물 및/또는 칼슘 규화물 및/또는 칼슘 산화물 및/또는 망간 규화물 및/또는 망간 산화물 및/또는 망간 탄화물 및/또는 철 규화물 및/또는 철 산화물 및/또는 철 탄화물을 포함할 수 있다. 그 밖에도, 사출 성형 성분은 특히 하나 이상의 결합제를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 결합제는 소결 동안 예컨대 연소될 수 있다. 따라서 예컨대 기밀한 세라믹 재료가 제조될 수 있다.Furthermore, the present invention relates in particular to an injection molding component for the formation of the magnesium silicate and/or ceramic material according to the invention. The injection molding component may in particular comprise starting materials for the formation of the magnesium silicate according to the invention. For example, the injection molding component may be magnesium silicate and/or magnesium silicate hydrate, for example in the form of talc, and/or magnesium oxide and zinc oxide and/or zinc silicide, and optionally calcium carbide and/or calcium silicide and/or calcium oxide. and/or manganese silicide and/or manganese oxide and/or manganese carbide and/or iron silicide and/or iron oxide and/or iron carbide. In addition, the injection molding component may in particular comprise one or more binders. The one or more binders may be burned, for example, during sintering. Thus, for example, an airtight ceramic material can be produced.

특별한 실시예의 범위에서, 사출 성형 성분은 하나 이상의 다공 형성제를 함유한다. 상기 하나 이상의 다공 형성제는 소결 동안 연소되고 다공들이 남는다. 따라서 예컨대 가스 투과 다공성 세라믹 재료가 제조될 수 있다.Within the scope of a particular embodiment, the injection molding component contains one or more pore formers. The one or more pore formers burn off during sintering and pores remain. Thus, for example, a gas permeable porous ceramic material can be produced.

본 발명에 따르는 사출 성형 성분의 추가의 기술적 특징들 및 장점들에 대해, 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트, 본 발명에 따르는 세라믹 재료, 본 발명에 따르는 제조 방법, 본 발명에 따르는 고온 전지, 본 발명에 따르는 에너지 시스템, 특히 본 발명에 따르는 열병합 발전 시스템과 관련한 설명뿐만 아니라, 도면들 및 실시예 설명이 참조된다.For further technical features and advantages of the injection molding component according to the invention, the magnesium silicate according to the invention, the ceramic material according to the invention, the manufacturing method according to the invention, the high-temperature cell according to the invention, Reference is made to the drawings and the description of the embodiments, as well as the description relating to the energy system that follows, in particular the cogeneration system according to the invention.

본 발명의 추가 대상은 마그네슘 실리케이트, 예컨대 세라믹 재료 및/또는 사출 성형 성분의 제조를 위한 제조 방법이다.A further subject of the invention is a production process for the production of magnesium silicates, such as ceramic materials and/or injection molding components.

본원의 방법에서, 특히 마그네슘 실리케이트의 형성을 위한 출발 물질들은 특히 화학량론적 양으로 분쇄기(mill)에 의해 분말화될 수 있다. 따라서 출발 물질들은 바람직하게는 처음부터 미세하게 분말화될 수 있고 특히 균질하게 서로 혼합될 수 있다. 분쇄기는 예컨대 교반 볼 밀(agitator ball mill)일 수 있다.In the process herein, in particular the starting materials for the formation of magnesium silicate can be pulverized by means of a mill, in particular in stoichiometric amounts. The starting materials are therefore preferably finely pulverized from the outset and in particular can be mixed with one another homogeneously. The grinder may be, for example, an agitator ball mill.

출발 물질들 또는 원료들은 예컨대 마그네슘 실리케이트 및/또는 예컨대 활석의 형태인 마그네슘 실리케이트 수화물, 및/또는 마그네슘 산화물 및 아연 산화물 및/또는 아연 규화물, 그리고 경우에 따라서는 칼슘 탄화물 및/또는 칼슘 규화물 및/또는 칼슘 산화물 및/또는 망간 규화물 및/또는 망간 산화물 및/또는 망간 탄화물 및/또는 철 규화물 및/또는 철 산화물 및/또는 철 탄화물일 수 있다.The starting materials or raw materials are, for example, magnesium silicate and/or magnesium silicate hydrate, for example in the form of talc, and/or magnesium oxide and zinc oxide and/or zinc silicide, and optionally calcium carbide and/or calcium silicide and/or calcium oxide and/or manganese silicide and/or manganese oxide and/or manganese carbide and/or iron silicide and/or iron oxide and/or iron carbide.

본원의 방법은, 결과적으로 자신의 입자 형태가 실질적으로 구상인 입자를 포함하는 분말이 제조될 수 있고, 이는 소성 가공하여 사출 성형 성분(사출 성형 화합물)을 형성하는 동안 일원적 기원(single-origin)의 판형 포르스테라이트 분말보다 훨씬 더 양호하게 패킹될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 경우, 그린 바디(green body) 내의 높은 패킹 밀도에 의해, 바람직하게는 느슨한 패킹 밀도보다 훨씬 더 양호한 소결 능력 및 압축성, 그리고 더 낮은 수축률이 주어질 수 있다.The process herein results in a powder comprising particles whose particle shape is substantially spherical, which is single-origin during plastic processing to form an injection molding component (injection molding compound). It has the advantage that it can be packed much better than the plate-shaped forsterite powder of In this case, a higher packing density in the green body can be given, preferably with a much better sintering capacity and compressibility and a lower shrinkage than with a loose packing density.

특히 출발 물질들은 우선 특히 화학량론적 양으로 물에서 현탁 또는 분산되고, 그런 다음 분쇄기에 의해 분말화될 수 있다. 바람직하게는 출발 물질들의 특히 미세한 분포가 달성될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 마그네슘 실리케이트 및/또는 예컨대 활석의 형태인 마그네슘 실리케이트 수화물, 및/또는 마그네슘 산화물 및 아연 산화물 및/또는 아연 규화물, 그리고 경우에 따라서는 적은 양의 칼슘 탄화물(CaCO3)[또는 칼슘 탄화물에 대한 대안으로서 또는 추가로 망간 산화물, 철 산화물 또는 각각의 탄화물 및/또는 규화물]과 같은 출발 물질들은 앞서 화학량론적으로 산출된 물질량으로 사용될 수 있다.In particular the starting materials may first be suspended or dispersed in water, in particular in stoichiometric amounts, and then pulverized by means of a mill. Preferably a particularly fine distribution of the starting materials can be achieved. For this purpose, eg magnesium silicate and/or magnesium silicate hydrate, eg in the form of talc, and/or magnesium oxide and zinc oxide and/or zinc silicide, and optionally in small amounts of calcium carbide (CaCO 3 ) [or calcium carbide As an alternative to or in addition to manganese oxide, iron oxide or the respective carbides and/or silicides], starting materials may be used in the amounts of substances calculated previously stoichiometrically.

예컨대, 특히 순수 포르스테라이트에 비해, Zn2 +로 Mg2 +의 부분적인 교체는 1중량 퍼센트 이상 내지 23중량 퍼센트 이하의 범위에서 수행될 수 있다. 경우에 따라서, Zn 도핑에 추가해서 0.1중량 퍼센트 이상 내지 5중량 퍼센트 이하, 특히 0.2중량 퍼센트 이상 내지 2중량 퍼센트 이하의 범위에서 Ca 및/또는 Mn 및/또는 Fe의 첨가가 수행될 수도 있다.For example, the partial replacement of Mg 2+ with Zn 2+ can be carried out in the range of 1 weight percent or more to 23 weight percent or less, especially compared to pure forsterite. Optionally, addition of Ca and/or Mn and/or Fe in the range of 0.1% by weight or more to 5% by weight or more, in particular 0.2% by weight or more to 2% by weight or less, in addition to the Zn doping may be carried out.

현탁 또는 분산은 예컨대 분산기, 예컨대 Tegodispers W741(TEGO)을 이용해서 수행될 수 있다. 물에서 현탁 또는 분산 후에, 혼합물은 예컨대 즉시 교반 볼 밀에서 미세하게 분말화될 수 있다. 분쇄기를 수회 통과하는 것이 실행될 수 있다. 예컨대 분쇄기를 4회 통과하면 충분한 것으로 나타났다.Suspension or dispersion can be effected, for example, using a disperser such as Tegodispers W741 (TEGO). After suspending or dispersing in water, the mixture can be finely ground, for example immediately in a stirred ball mill. Multiple passes through the mill may be practiced. For example, four passes through the grinder were found to be sufficient.

그런 후에, 열 건조에 의해 현탁액 또는 분산액에서 수분이 제거될 수 있다. 따라서 바람직하게는 균질한 분말 혼합물이 달성될 수 있다.Moisture can then be removed from the suspension or dispersion by thermal drying. Thus, preferably a homogeneous powder mixture can be achieved.

그런 다음, 건조된 혼합물은 예컨대 900℃ 이상 내지 1100℃ 이하 범위의 온도(900℃ ≤ 온도 ≤ 1100℃)에서 하소(calcination)될 수 있다. 하소는 특히 노(furnace) 내에서 수행될 수 있다. 예컨대 하소는 5시간의 유지 시간으로 수행될 수 있다. 이렇게 수득되는 도핑된 포르스테라이트 분말은 사출 성형 성분 또는 화합물 합성을 위해 바로 사용할 수 있는 상태가 된다.The dried mixture may then be calcined, for example, at a temperature ranging from 900° C. or higher to 1100° C. or lower (900° C. ≤ temperature ≤ 1100° C.). The calcination can in particular be carried out in a furnace. For example, calcination may be performed with a holding time of 5 hours. The doped forsterite powder thus obtained is ready for use for injection molding components or compound synthesis.

본 발명에 따르는 제조 방법의 추가의 기술적 특징들 및 장점들에 대해, 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트, 본 발명에 따르는 세라믹 재료, 본 발명에 따르는 사출 성형 성분, 본 발명에 따르는 고온 전지, 본 발명에 따르는 에너지 시스템, 특히 본 발명에 따르는 열병합 발전 시스템과 관련한 설명뿐만 아니라, 도면들 및 실시예 설명이 참조된다.For further technical features and advantages of the production process according to the invention, the magnesium silicate according to the invention, the ceramic material according to the invention, the injection molding component according to the invention, the high-temperature cell according to the invention, Reference is made to the drawings and the description of the embodiments, as well as the description relating to the energy system that follows, in particular the cogeneration system according to the invention.

또한, 본 발명은, 하나 이상의 섹션이 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트로, 또는 본 발명에 따르는 세라믹 재료로, 또는 본 발명에 따르는 사출 성형 성분으로, 또는 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 실리케이트로 형성되는 고온 전지, 특히 연료 전지 및/또는 전해질 전지 및/또는 금속-공기 전지에 관한 것이다.The present invention also relates to a high temperature wherein at least one section is formed from a magnesium silicate according to the invention, or from a ceramic material according to the invention, or from an injection molding component according to the invention, or from a magnesium silicate prepared according to the invention. It relates to cells, in particular fuel cells and/or electrolyte cells and/or metal-air cells.

고온 전지란, 특히 예컨대 500℃ 이상의 고온(≥ 500℃)에서 작동되는, 특히 세라믹 전기 화학 전지, 예컨대 고온 연료 전지(고체 산화물 연료 전지, SOFC) 및/또는 고온 전해질 전지(고체 산화물 전해질 전지, SOEC) 및/또는 고온 금속-공기 전지를 의미할 수 있다. 이 경우, 특히 고온 전지는 고온 연료 전지(SOFC) 및/또는 고온 전해질 전지(SOEC) 및/또는 고온 금속-공기 전지일 수 있다.A high-temperature cell is in particular a ceramic electrochemical cell, such as a high-temperature fuel cell (solid oxide fuel cell, SOFC) and/or a high-temperature electrolyte cell (solid oxide electrolyte cell, SOEC), which is operated at high temperatures (≥ 500°C), for example at least 500°C. ) and/or high temperature metal-air cells. In this case, the high-temperature cell in particular can be a high-temperature fuel cell (SOFC) and/or a high-temperature electrolyte cell (SOEC) and/or a high-temperature metal-air cell.

한 실시예의 범위에서, 고온 전지는 특히 세라믹의 관형 전지이다. 이 경우, 관형 전지는 특히 중공 실린더형 중간 섹션과 2개의 단부 섹션을 포함할 수 있다. 이 경우, 단부 섹션들 중 하나의 단부 섹션은 특히 개방된 고정 섹션, 예컨대 연결 플랜지 또는 장착 플랜지일 수 있다. 다른 단부 섹션은 중공 실린더형 중간 섹션을 폐쇄하는 캡 섹션(cap section) 또는 튜브 캡(tube cap)일 수 있다(일측이 폐쇄된 관형 전지). 그러나 마찬가지로 타측 단부 섹션이 특히 개방된 고정 섹션, 예컨대 연결 플랜지일 수도 있다(양측이 개방된 관형 전지). 이 경우, 중공 실린더형 중간 섹션은 특히 예컨대 애노드 층, 캐소드 층 및 이 층들 사이에 배치되는 전해질 층으로 이루어진 기능 층 시스템을 구비할 수 있다.In the scope of one embodiment, the high temperature cell is in particular a tubular cell of ceramic. In this case, the tubular cell may in particular comprise a hollow cylindrical middle section and two end sections. In this case, one of the end sections may in particular be an open fixed section, for example a connecting flange or a mounting flange. The other end section may be a cap section or tube cap closing the hollow cylindrical middle section (tubular cell closed on one side). However, it is likewise also possible for the other end section to be a particularly open fixed section, for example a connecting flange (tubular cell open on both sides). In this case, the hollow cylindrical intermediate section may in particular have a functional layer system, for example consisting of an anode layer, a cathode layer and an electrolyte layer disposed between these layers.

중공 실린더형 중간 섹션은 특히 가스 투과 다공성 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 단부 섹션들은 특히 기밀한 세라믹 재료로 형성될 수 있다.The hollow cylindrical intermediate section can in particular be formed of a gas permeable porous ceramic material. The end sections can be formed from a particularly airtight ceramic material.

이 경우, 특히 중공 실린더형 중간 섹션 및/또는 단부 섹션들은 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트로, 또는 본 발명에 따르는 세라믹 재료로, 또는 본 발명에 따르는 사출 성형 성분으로, 또는 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 실리케이트로 형성될 수 있다. 이 경우, 특히 가스 투과 다공성인 중공 실린더형 중간 섹션은 예컨대 다공 형성제를 함유하는 본 발명에 따르는 사출 성형 성분에 의해 형성될 수 있고, 특히 기밀한 단부 섹션들은 다공 형성제를 함유하지 않은 본 발명에 따르는 사출 성형 성분에 의해 형성될 수 있다.In this case, in particular the hollow cylindrical intermediate section and/or the end sections are made of magnesium silicate according to the invention, or of a ceramic material according to the invention, or of an injection molding component according to the invention, or of magnesium produced according to the invention. It can be formed from silicates. In this case, a particularly gas-permeable porous hollow cylindrical intermediate section can be formed, for example, by the injection molding component according to the invention containing a pore former, the in particular airtight end sections of the invention free of the pore former It may be formed by an injection molding component according to

본 발명에 따르는 고온 전지의 추가의 기술적 특징들 및 장점들에 대해, 분명하게 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트, 본 발명에 따르는 세라믹 재료, 본 발명에 따르는 사출 성형 성분, 본 발명에 따르는 제조 방법, 본 발명에 따르는 에너지 시스템, 특히 본 발명에 따르는 열병합 발전 시스템과 관련한 설명뿐만 아니라, 도면들 및 실시예 설명이 참조된다.For further technical features and advantages of the high-temperature cell according to the invention, obviously the magnesium silicate according to the invention, the ceramic material according to the invention, the injection molding component according to the invention, the manufacturing method according to the invention, the present invention Reference is made to the drawings and the description of the embodiments, as well as the description relating to the energy system according to the invention, in particular the cogeneration system according to the invention.

또한, 본 발명은, 본 발명에 따르는 고온 전지 및/또는 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트 및/또는 본 발명에 따르는 세라믹 재료 및/또는 본 발명에 따르는 사출 성형 성분 및/또는 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 실리케이트를 포함하는 에너지 시스템, 특히 열병합 발전 시스템(KWK)에도 관한 것이다. 특히 열병합 발전 시스템은 마이크로 열병합 발전 시스템(μKWK)일 수 있다.The invention also relates to a high-temperature cell according to the invention and/or a magnesium silicate according to the invention and/or a ceramic material according to the invention and/or an injection molding component according to the invention and/or magnesium produced according to the invention. It also relates to energy systems comprising silicates, in particular combined heat and power systems (KWK). In particular, the cogeneration system may be a micro cogeneration system (μKWK).

본 발명에 따르는 에너지 시스템, 특히 본 발명에 따르는 열병합 발전 시스템의 추가의 기술적 특징들 및 장점들에 대해, 본 발명에 따르는 마그네슘 실리케이트, 본 발명에 따르는 세라믹 재료, 본 발명에 따르는 사출 성형 성분, 본 발명에 따르는 제조 방법, 본 발명에 따르는 고온 전지와 관련한 설명뿐만 아니라, 도면들 및 실시예 설명이 참조된다.For further technical features and advantages of the energy system according to the invention, in particular of the cogeneration system according to the invention, the magnesium silicate according to the invention, the ceramic material according to the invention, the injection molding component according to the invention, the present invention Reference is made to the drawings and the description of embodiments, as well as to the description relating to the manufacturing method according to the invention, the high-temperature cell according to the invention.

본 발명에 따르는 대상들의 추가 장점들 및 바람직한 구현예들은 도면들에 의해 나타나며, 하기에서 설명된다. 여기서 유념할 사항은, 도면들이 설명된 특징만을 가질 뿐이며, 어떠한 형태로도 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것이다.Further advantages and preferred embodiments of the objects according to the invention are shown by the drawings and are explained below. It should be noted that the drawings have only the features described and should not be construed as limiting the invention in any way.

도 1은 팽창계 측정의 개략적 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따르는 관형 고온 전지의 한 실시예를 절단 도시한 개략적 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 관형 고온 전지의 다른 실시예를 절단 도시한 개략적 횡단면도이다.
1 is a schematic graph of a dilatometer measurement;
Fig. 2 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a tubular high-temperature cell according to the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a tubular high-temperature cell according to the present invention.

도 1에는, Zn 도핑된 마그네슘 실리케이트 또는 Zn 도핑된 포르스테라이트의 3가지 본 발명에 따른 시료(1, 2, 3)에 대한 팽창계 측정의 결과들이 도시되어 있다.In Fig. 1, the results of dilatometric measurements for three inventive samples 1, 2 and 3 of Zn-doped magnesium silicate or Zn-doped forsterite are shown.

시료 1의 경우, 마그네슘 실리케이트는 20중량 퍼센트의 아연 규화물을 함유하고 화학식 Mg1.73Zn0.27[SiO4]를 갖는다.For sample 1, magnesium silicate contains 20 weight percent zinc silicide and has the formula Mg 1.73 Zn 0.27 [SiO 4 ].

시료 2의 경우, 마그네슘 실리케이트는 10중량 퍼센트의 아연 규화물을 함유하고 화학식 Mg1.87Zn0.13[SiO4]를 갖는다.For sample 2, magnesium silicate contains 10 weight percent zinc silicide and has the formula Mg 1.87 Zn 0.13 [SiO 4 ].

시료 3의 경우, 마그네슘 실리케이트는 5중량 퍼센트의 아연 규화물을 함유하고 화학식 Mg1.94Zn0.06[SiO4]를 갖는다.For sample 3, magnesium silicate contains 5 weight percent zinc silicide and has the formula Mg 1.94 Zn 0.06 [SiO 4 ].

도 1에는, 섭씨 단위의 온도(T)에 대해, 그리고 1200℃의 소결 온도에서 시간 단위의 유지 시간에 대해 퍼센트 단위의 수축률(S)이 표시되어 있다. 시료 1의 소결 밀도는 약 3.31g/㎤이었다.1, the shrinkage rate (S) in percent is plotted against the temperature (T) in degrees Celsius and the holding time in hours at a sintering temperature of 1200°C. The sintered density of Sample 1 was about 3.31 g/cm 3 .

도 1에는, 총 3개의 시료 모두 1200℃ 미만의 소결 온도와 그에 따라 개선된 소결성을 갖는 것이 도시되어 있다. 도 1에는, 소결 운동이 아연 도핑의 정도에 따른다는 것이 도시되어 있다. 이 경우, 최저 소결 온도는 바람직하게는 20중량 퍼센트의 아연을 함유하는 시료 1에서 나타났다.1, it is shown that all three samples have a sintering temperature of less than 1200° C. and thus improved sintering properties. In figure 1 it is shown that the sintering motion depends on the degree of zinc doping. In this case, the lowest sintering temperature was found for sample 1, which preferably contained 20 weight percent zinc.

수축률(S)이 가열 동안 온도(T)에 따라 표시되어 있는 도 1의 좌측에 있는 하부 곡선에서는, 열 처리가 0%의 수축률에서 개시되는 것이 나타난다. 상승하는 온도에 따라, 시료들은 자신들의 ~ 10ppm/K의 열 팽창 계수로 인해 약하게 팽창된다. 1000℃부터 시료들은 수축하기 시작한다.In the lower curve on the left of FIG. 1 , in which the shrinkage S is plotted as a function of temperature T during heating, it is shown that the heat treatment is initiated at a shrinkage of 0%. With increasing temperature, the samples expand weakly due to their coefficient of thermal expansion of ~10 ppm/K. From 1000°C, the samples begin to shrink.

시료들이 더 많은 아연을 함유할수록, 수축은 더 빠르게 개시되며, 다시 말하면 20중량 퍼센트의 최대 Zn2SiO4-함량을 갖는 시료 1의 경우, 수축은 5중량 퍼센트 Zn2SiO4의 최소 아연 함량을 갖는 시료 3의 경우보다 약 100K 먼저 개시된다. 유지 시간 동안 시료 몸체들은 더 압축된다. 이는, 수축률(S)이 1200℃의 소결 온도에서 유지 시간(t)에 따라서 표시되어 있는 도 1의 우측에 있는 곡선에서도 확인할 수 있다.The more zinc the samples contain, the faster the shrinkage begins, ie for sample 1 with a maximum Zn 2 SiO 4 -content of 20 weight percent, the shrinkage leads to a minimum zinc content of 5 weight percent Zn 2 SiO 4 . It starts about 100K earlier than the case of sample 3 with During the holding time the sample bodies are further compressed. This can also be confirmed from the curve on the right side of FIG. 1 in which the shrinkage rate (S) is displayed according to the holding time (t) at a sintering temperature of 1200°C.

수축률(S)이 냉각 동안 온도(T)에 따라 표시되어 있는 도 1의 좌측에 있는 상부 곡선에서는, 유지 시간의 중단 및 냉각의 개시에 따라 소결이 종료되고 시료들은 ~ 10ppm/K의 열 팽창 계수로 인해 약하게만 수축되는 것이 나타난다.In the upper curve on the left of Figure 1, where the shrinkage rate (S) is plotted as a function of temperature (T) during cooling, sintering is terminated upon the cessation of holding time and onset of cooling and the samples have a coefficient of thermal expansion of ~10 ppm/K. As a result, only a weak contraction appears.

도 2 및 도 3에는 본 발명에 따르는 고온 전지들(10)의 상이한 실시예들이 도시되어 있다. 도 2 및 도 3에는, 고온 전지들(10)이 중공 실린더형 중간 섹션(11)과 2개의 단부 섹션(12, 13)을 포함하는 관형 전지로서 형성되어 있는 것이 나타난다.2 and 3 show different embodiments of high temperature cells 10 according to the present invention. 2 and 3 it is shown that the high temperature cells 10 are formed as a tubular cell comprising a hollow cylindrical intermediate section 11 and two end sections 12 , 13 .

도 2 및 도 3에는, 전지(10)가 이 경우 특히 일측이 폐쇄된 관형 전지로서 형성되어 있는 것이 나타난다. 단부 섹션들 중 하나의 단부 섹션(12)은 개방된 고정 섹션 또는 연결 플랜지/장착 플랜지로서 형성된다. 이 경우, 다른 단부 섹션(13)은 중공 실린더형 중간 섹션(11)을 폐쇄하는 캡 섹션(또는 튜브 캡)으로서 형성된다.2 and 3 it is shown that the cell 10 is formed in this case in particular as a tubular cell closed on one side. One of the end sections 12 is formed as an open fixed section or a connecting flange/mounting flange. In this case, the other end section 13 is formed as a cap section (or tube cap) which closes the hollow cylindrical intermediate section 11 .

도 2 및 도 3에는, 중공 실린더형 중간 섹션(11)이 기능 층 시스템(14)을 구비하는 것이 나타난다. 기능 층 시스템(14)은 도 2에 도시된 실시예의 범위에서 중공 실린더형 중간 섹션(11)의 내면 상에서, 그리고 도 3에 도시된 실시예의 범위에서는 중공 실린더형 중간 섹션(11)의 외면 상에서 정확히 다공성 중공 실린더형 중간 섹션(11)의 높이에 배치된다.2 and 3 , it is shown that the hollow cylindrical intermediate section 11 has a functional layer system 14 . The functional layer system 14 is precisely on the inner surface of the hollow cylindrical intermediate section 11 in the scope of the embodiment shown in FIG. 2 and on the outer surface of the hollow cylindrical intermediate section 11 in the scope of the embodiment shown in FIG. 3 . It is arranged at the height of the porous hollow cylindrical intermediate section (11).

이 경우, 중공 실린더형 중간 섹션(11)의 벽부는 고다공성이면서 가스 투과성인 세라믹 재료로 형성되며, 단부 섹션들(12, 13)(장착 플랜지 및 튜브 캡)은 기밀한 세라믹 재료로 형성된다.In this case, the wall portion of the hollow cylindrical intermediate section 11 is formed of a highly porous and gas-permeable ceramic material, and the end sections 12 and 13 (mounting flange and tube cap) are formed of an airtight ceramic material.

중공 실린더형 중간 섹션(11)에 의해 형성되는 튜브는 특히 전기 화학적 불활성 캐리어로서 사용되고 기능 층 시스템(14)의 기능 층들을 매우 얇게 구현할 수 있게 한다. 예컨대 기능 층 시스템은, 예컨대 이트륨으로 안정화된 지르코늄 산화물로 이루어지고 50㎛ 이하의 층 두께(≤ 50㎛)를 갖는 전해질 층을 포함하며, 이 전해질 층은 열적 부정합의 경우 쉽게 파열될 수도 있다.The tube formed by the hollow cylindrical intermediate section 11 is used in particular as an electrochemically inert carrier and makes it possible to implement very thin functional layers of the functional layer system 14 . The functional layer system, for example, comprises an electrolyte layer made of, for example, zirconium oxide stabilized with yttrium and having a layer thickness of 50 μm or less (≤ 50 μm), which electrolyte layer may easily rupture in case of thermal mismatch.

특히 포르스테라이트라고도 하는 화학식 Mg2SiO4의 순수 마그네슘 실리케이트는, 자신의 수축률, 자신의 열 팽창, 자신의 전기 절연 특성, 및 다른 전지 성분들에 대한 자신의 화학적 안정성과 관련하여 이미 기능 층들에 대한 우수한 파트너로서 증명되었다.In particular, pure magnesium silicate of formula Mg 2 SiO 4 , also called forsterite, is already in functional layers with respect to its shrinkage, its thermal expansion, its electrical insulating properties, and its chemical stability to other battery components. It has been proven as an excellent partner for

그러나 화학식 Mg2SiO4의 순수 마그네슘 실리케이트(포르스테라이트)는 약 1385℃에서야 치밀하게 소결될 수 있다. 그러나 1200℃를 초과하는 온도에서 경우에 따라 고절연성 이종 상을 형성하면서 예컨대 지르코늄 이산화물-전해질 및 란탄-스트론튬-망간 산화물-캐소드 재료의 바람직하지 않은 부작용들이 발생할 수 있고, 1200℃보다 낮거나 같은 온도에서 화학식 Mg2SiO4의 순수 마그네슘 실리케이트(포르스테라이트)의 소결은 경우에 따라 특히 단부 섹션들(12, 13)의 바람직한 기밀성을 일으키지 못할 수도 있고 경우에 따라서는 연소 가스 누출을 야기할 수도 있다.However, pure magnesium silicate (forsterite) of the formula Mg 2 SiO 4 can be densely sintered at about 1385°C. However, at temperatures in excess of 1200°C, undesirable side effects of e.g. zirconium dioxide-electrolyte and lanthanum-strontium-manganese oxide-cathode materials can occur, in some cases forming highly insulating heterophases, at temperatures lower than or equal to 1200°C The sintering of pure magnesium silicate (forsterite) of the formula Mg 2 SiO 4 may in some cases not give rise to the desired tightness of the end sections 12 , 13 in particular and in some cases may lead to combustion gas leakage. .

단일의 열 처리를 통해, 그리고 특히 예컨대 란탄-스트론튬 망간 산화물(LSM)을 포함한 매우 다양한 사용 가능한 재료들로 고온 전지(10), 예컨대 연료 전지를 공소결할 수 있도록 하기 위해, 도 2 및 도 3에 도시된 전지(10)의 경우, 단부 섹션들(12, 13) 및 중공 실린더형 중간 섹션은 아연을 함유한 마그네슘 실리케이트로 형성된다. 이 경우, 가스 투과 다공성의 중공 실린더형 중간 섹션(11)은 예컨대 다공 형성제를 함유하는 본 발명에 따르는 사출 성형 성분에 의해 형성될 수 있고, 기밀한 단부 섹션들(12, 13)은 다공 형성제를 함유하지 않은 본 발명에 따르는 사출 성형 성분에 의해 형성될 수 있다.2 and 3 , in order to be able to cosinter the high temperature cell 10 , such as a fuel cell, in a single heat treatment, and in particular with a wide variety of available materials, including for example lanthanum-strontium manganese oxide (LSM). In the case of the cell 10 shown in , the end sections 12 and 13 and the hollow cylindrical middle section are formed of magnesium silicate containing zinc. In this case, the gas-permeable porous hollow cylindrical intermediate section 11 can be formed, for example, by an injection molding component according to the invention containing a pore former, the airtight end sections 12 , 13 being porous forming. It can be formed by the injection molding component according to the present invention which does not contain an agent.

그 밖에도, 도 2 및 도 3에는, 개방된 고정 섹션(12)을 통해 가스 공급 랜스(15)가 관형 전지(10)의 내부 챔버 내로 삽입되어 있는 것이 나타난다.In addition, it is shown in FIGS. 2 and 3 that the gas supply lance 15 is inserted into the inner chamber of the tubular cell 10 via an open fixing section 12 .

1: 시료
2: 시료
3: 시료
10: 고온 전지
11: 중간 섹션
12: 단부 섹션
13: 단부 섹션
14: 기능 층 시스템
15: 가스 공급 랜스
1: sample
2: sample
3: sample
10: high temperature battery
11: middle section
12: end section
13: end section
14: functional layer system
15: gas supply lance

Claims (11)

하기 일반 화학식을 기반으로 하는 마그네슘 실리케이트:
MgxZnyXz[SiO4]
상기 식에서,
1.65 ≤ x ≤ 1.85이고,
0.25 ≤ y ≤ 0.32이며,
0 < z ≤ 0.10이고,
X는 칼슘 또는 망간 또는 철인, 마그네슘 실리케이트.
Magnesium silicate based on the general formula:
Mg x Zn y X z [SiO 4 ]
In the above formula,
1.65 ≤ x ≤ 1.85,
0.25 ≤ y ≤ 0.32,
0 < z ≤ 0.10,
X is calcium or manganese or iron, magnesium silicate.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘 실리케이트는 아일랜드 실리케이트인, 마그네슘 실리케이트.The magnesium silicate of claim 1 , wherein the magnesium silicate is an island silicate. 제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트를 함유하는 세라믹 재료.A ceramic material comprising the magnesium silicate according to claim 1 . 제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트의 형성을 위한 출발 물질들을 함유하는, 사출 성형 성분.An injection molding component containing starting materials for the formation of magnesium silicate according to claim 1 . 제 6 항에 있어서, 상기 사출 성형 성분은 하나 이상의 다공 형성제를 더 함유하는, 사출 성형 성분.7. The injection molding component of claim 6, wherein the injection molding component further contains one or more pore formers. 제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트의 제조를 위한 제조 방법에 있어서, 제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트의 형성을 위한 출발 물질들은 분쇄기에 의해 분말화되는, 마그네슘 실리케이트의 제조 방법.Process for the production of magnesium silicate according to claim 1 , wherein the starting materials for the formation of magnesium silicate according to claim 1 are pulverized by means of a mill. 전지의 하나 이상의 섹션이 제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트로, 또는 제 5 항에 따르는 세라믹 재료로, 또는 제 6 항에 따르는 사출 성형 성분으로, 또는 제 8 항에 따르는 방법에 의해 제조된 마그네슘 실리케이트로 형성되는 고온 전지.At least one section of the cell is made of a magnesium silicate according to claim 1, or a ceramic material according to claim 5, or an injection molded component according to claim 6, or a magnesium silicate prepared by a method according to claim 8. A high-temperature cell formed. 고온 전지(10)로서, 상기 고온 전지는 중공 실린더형 중간 섹션(11)과 2개의 단부 섹션(12, 13)을 포함하는 관형 전지이고, 상기 중공 실린더형 중간 섹션(11)은 기능 층 시스템(14)을 구비하고, 상기 중공 실린더형 중간 섹션(11)은 가스 투과 다공성 세라믹 재료로 형성되고, 상기 단부 섹션들(12, 13)은 기밀한 세라믹 재료로 형성되고, 상기 중공 실린더형 중간 섹션(11) 및/또는 상기 단부 섹션들(12, 13)은 제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트로, 또는 제 5 항에 따르는 세라믹 재료로, 또는 제 6 항에 따르는 사출 성형 성분으로, 또는 제 8 항에 따르는 방법에 의해 제조된 마그네슘 실리케이트로 형성되는, 고온 전지.A high temperature cell (10), said high temperature cell being a tubular cell comprising a hollow cylindrical intermediate section (11) and two end sections (12, 13), said hollow cylindrical intermediate section (11) comprising a functional layer system ( 14), wherein the hollow cylindrical intermediate section (11) is formed of a gas-permeable porous ceramic material, and the end sections (12, 13) are formed of a gas-tight ceramic material, the hollow cylindrical intermediate section (11) 11) and/or the end sections (12, 13) are made of magnesium silicate according to claim 1, or of a ceramic material according to claim 5, or of an injection molded component according to claim 6, or of claim 8 A high temperature cell formed from magnesium silicate prepared by the method according to 고온 전지로서, 상기 고온 전지의 하나 이상의 섹션이 제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트로, 또는 제 5 항에 따르는 세라믹 재료로, 또는 제 6 항에 따르는 사출 성형 성분으로, 또는 제 8 항에 따르는 방법에 의해 제조된 마그네슘 실리케이트로 형성되는, 상기 고온 전지를 포함하거나, 또는
제 1 항에 따르는 마그네슘 실리케이트를 포함하거나, 또는
제 5 항에 따르는 세라믹 재료를 포함하거나, 또는
제 6 항에 따르는 사출 성형 성분을 포함하거나, 또는
제 8 항에 따르는 방법에 의해 제조된 마그네슘 실리케이트를 포함하는, 에너지 시스템.
A high-temperature cell, wherein at least one section of said high-temperature cell is made of a magnesium silicate according to claim 1 , or a ceramic material according to claim 5 , or an injection molded component according to claim 6 , or in a method according to claim 8 . comprising the high-temperature cell, which is formed of magnesium silicate prepared by
comprising the magnesium silicate according to claim 1, or
comprising the ceramic material according to claim 5, or
comprising the injection molding component according to claim 6, or
An energy system comprising magnesium silicate prepared by the method according to claim 8 .
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