KR19990072275A - 이온전도성세라믹전해질요소및전기화학장치 - Google Patents

이온전도성세라믹전해질요소및전기화학장치 Download PDF

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Abstract

제공된 세라믹 요소는 전해질 및 바인더로 분사 성형될 수 있다. 상기 세라믹 요소는 관 지지부 및 상기 관 지지부에서 연장하는 다수의 관을 포함한다. 다수의 관은 열 및 행으로 배열된다. 다수의 비아는 관 지지부의 한 표면에서 관 지지부의 대향 표면으로 연장한다. 세라믹 요소는 전도성 코팅 및 집전기 코팅으로 코팅된다. 상기 비아는 전도성 코팅으로 코팅되고 폐쇄된다. 코팅은 세라믹 요소의 선택된 영역에서 제거된다. 동일한 행의 관은 전기적으로 평행하고 인접 열의 관은 전기적으로 연속해서 접속되기 때문에 세라믹 요소의 관은 일련의 평행 어레이를 형성한다. 두개의 세라믹 요소가 모듈 전기 화학 장치를 형성하도록 함께 밀봉된다. 상기 전기 화학 장치는 산소 발생기 또는 연료 셀일 수 있다. 산소 발생 능력은 두개 또는 그 이상의 모듈 산소 발생기를 함께 연결되게 하므로써 증가될 수 있다.

Description

이온 전도성 세라믹 전해질 요소 및 전기 화학 장치{Modular ceramic electrochemical apparatus and method of manufacture therefor}
본 출원은 1995년 8월 24일자로 출원된 미국출원 제 08/518,646 호의 일부연속출원으로서, 본 발명은 전기 화학 장치, 보다 상세히는 하나이상의 세라믹 요소를 사용하는 전기 화학 장치에 관한 것이다.
전기 화학 공정은 하나의 전해질 표면상에서 산소 분자를 이온화하므로써 공기로부터 산소를 제거한 다음 산소 이온을 고체 전해질을 통해 이송할 수 있다. 그 다음 상기 산소 분자는 대향하는 전해질 표면상에서 재형성된다. 전기 포텐셜이 전해질의 표면에 적용된 적절한 전극 코팅을 촉진시키는데 적용된다. 상기 전극 코팅은 산소 분자에 삼투되어 전해질을 갖는 인터페이스에서 산소 분자를 산소 이온으로 해리시키도록 작용한다. 상기 산소 이온은 전해질을 통해 대향 표면으로 이송되고, 또한 촉진화 전극으로 코팅되며 산소 이온에서 초과 전자를 제거하는 대향 전기 포텐셜로 전기 충전되어, 상기 산소 분자가 재형성된다.
일반적으로 전기 화학 장치가 공지되어 있지만 산소 발생기로서 공지된 장치를 사용하는 것과 관련하여 심각한 단점이 있었다. 예를 들면, 미국특허 제 4,640,875 호 및 제 5,306,574 호에 개시된 연료 셀에서, 개별 전극은 세라믹 재료로 제조되고 각 전극이 삽입되는 매니폴드는 스테인레스강으로 제조된다. 이 구조는 많은 부품이 조립되어야 하기 때문에 제조하는데 어렵고 가격이 비싸다. 보다 중요하게는, 전기 화학 장치는 고온, 일반적으로 700-1000℃사이에서 작동하며, 스테인레스강과 세라믹사이의 상이한 열팽창 계수는 종종 균열을 일으키므로 세라믹 전극과 스테인레스강 매니폴드사이에서 누출이 생긴다. 이 누출은 전기 화학 장치내에 고압이 발현할 때 특히 심각할 수 있다. 예를 들면, 2000psi의 고압에서 산소를 발생시킬 수 있는 산소 발생기는 발명가들에게 알려져 있지 않다.
또한, 전기 화학 장치가 산소 발생기 또는 연료 셀로서 사용될 때, 전극사이의 일련의 평행 어레이를 형성하는데 사용되는 전기 상호접속부는 개별 전극의 외주의 직접 접촉을 필요로 한다. 상호 연결 장치는 제조하는데 비싸고 작동에 있어 신뢰성이 떨어지고 전기 화학 교환에 유용한 표면 영역을 감소시킨다.
따라서, 본 발명은 전기 화학 장치에 형성되어 사용될 수 있는 세라믹 전해질 요소를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 세라믹 재료의 단위 용적 및 중량당 증가된 활성 표면을 제공하는 형상을 갖는 세라믹 전해질 요소를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 세라믹 전해질 요소를 형성하도록 분사 성형될 수 있는 바인더 및 전해질을 포함하는 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전극을 접속시키는 전기 접속이 간단한 세라믹 전기 화학 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 2000psi이상에서 산소를 전달할 수 있는 전기 화학 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모듈 형상인 세라믹 전기 화학 장치를 제공하므로써 발생될 산소량에 대한 다른 요구에 부합하도록 접근하는 간단한 "빌딩 블록"을 제공하는데 있다.
본 발명의 이러한 목적은 전해질 및 바인더로 분사 성형될 수 있는 세라믹 요소를 제공하므로써 달성된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 화학 모듈 조립체에 사용되는, 분사 성형된 모듈 세라믹 요소의 상부 사시도.
도 2a는 명확성을 기하기 위해 단지 몇개의 관만을 도시하는 도 1의 세라믹 요소의 측입면 단면도.
도 2b는 테이퍼진 비아의 단면의 확대 측입면도.
도 3은 도 1의 세라믹 요소의 하부 평면도.
도 4는 전기 화학 모듈 조립체로 형성된 두개의 도 1 성형 요소의 상부 사시도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 화학 모듈 조립체에 사용되는 분사 성형된 모듈 세라믹 요소의 측입면 단면도.
도 6은 도 4의 세라믹 요소의 하부 평면도.
도 7은 도 2 및 5의 전기 상호접속부를 도시하는 개략적인 다이아그램.
도 8은 전기 화학 모듈 조립체로 형성된 두개의 도 5 성형 요소의 상부 사시도.
도 9a 및 9b는 세라믹 요소의 제조 공정에 사용되는 단계를 도시하는 플로우 챠트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,100 : 세라믹 모듈 요소 12,112 : 관
14,114 : 관 지지 부재 15,115 : 단부
16,116 : 상부면 17,19,117,119 : 내부면
18,118 : 하부면 20 : 플랜지부
23,123 : 외부면 24,124 : 비아
26 : 보강 리브 50,150 : 배출 포트
120 : 리세스 122 : 에지
125 : 채널 200 : 전극 코팅
210 : 집전기 코팅
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 세라믹 모듈 요소(10)가 도시된다. 세라믹 모듈 요소는 도 1 및 5에서 직립 배향으로 도시되며 본 발명의 사용은 도시된 직립 배향에 제한되지 않는다. 따라서, "하향으로", "상향으로", "좌측", "우측" 등과 같이 여기에 사용된 용어는 단지 설명의 편의를 위한 목적으로 사용되므로 이 용어들은 상대적인 감각으로 파악되어야 한다.
서술된 세라믹 모듈 요소의 실시예는 바람직하게는 이온 전도성 세라믹 전해질의 한 피스로 분사 성형된다. 또한, 세라믹 모듈 요소는 동일 또는 유사한 세라믹 재료의 고체 블록으로부터의 한 피스로 또는 여러개의 부재로부터의 한 피스로 기계가공될 수 있고, 그 다음 서로 결합되어 모듈 세라믹 요소를 형성한다. 분사 성형 또는 기계가공되는 것이 유리하다. 전체 요소는 단일 재료로 제조되어 다른 팽창 계수를 갖는 상이한 재료를 사용하는 것과 관련된 문제점을 제거한다. 균일한 열팽창 계수를 갖는 단일 재료는 이하에서 상세히 서술되는 바와 같이 누출이 없는 작동을 제공한다.
유리하게는, 모듈 세라믹 요소는 단위 용적당 큰 표면 영역을 제공한다. 이하에서 상세히 서술되는 바와 같이, 세라믹 모듈 요소가 산소 발생 조립체 또는 연료 셀 조립체를 형성하도록 한 쌍으로 사용되는 것이 바람직하다. 세라믹 요소의 모듈 구성의 대칭은 산소 발생기 또는 연료 셀 조립체를 형성하도록 제 2 요소가 제 1 요소와 반대로 되어 밀봉되게 한다. 제 2 요소(10')는 바람직하게는 제 1 요소(10)와 동일하며 동일 형상은 아포스트로피로 나타난다.
세라믹 모듈 요소(10)는 일반적으로 평면 관 지지 부재(14)로부터 연장하는 이격 신장 관(12)의 어레이를 포함한다. 상기 지지 부재(14)는 일반적으로 장방형 형상이다. 외부 또는 내부 표면을 갖는 원형 또는 원통형 관(12)은 서술된 실시예에 나타나 있다. "관"의 다른 형상이 사용될 수 있으며 용어 "관"은 여기에서 단지 참조의 편의를 위해 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 어레이는 여덟개의 열(row)과 스물 여덟개의 행, 이백 이십 네개의 관을 가지지만 본 발명은 도시된 관의 숫자에 제한되지 않는다. 산소 발생기용 관(12)의 수, 크기 및 길이는 발생되기를 원하는 산소의 양에 달려있다. 각 관(12)의 최외단부는 단부(15)에서 밀폐된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예의 세라믹 모듈 요소(10)는 세라믹 모듈 요소(10)의 하부면(18)에서 하향으로 연장하는 그 주변 주위에 플랜지부(20)를 갖는다.
산소 발생기로서 사용하기 위해서, 세라믹 모듈 요소(10)의 외부면의 주요부는 도 2a에 도시된 바와 같이 코팅 공정중에 촉진화 및 전도성 재료로 코팅된다. 추가적으로, 세라믹 모듈 요소(10)는 그 다음에 집전기 코팅으로 코팅되는 것이 바람직하다. 세라믹 모듈 요소(10)의 외부면은 폐쇄 단부(15)를 따라 관(12)의 외부면(13)과 상부면(16)을 포함한다. 마찬가지로, 각 관(12)의 하부면(18) 및 내부면(17)은 유사한 전도성 재료로 코팅된 다음 바람직하게는 집전기 코팅으로 코팅된다. 관(12)의 폐쇄 단부(15)는 도 2에 도시된 바와 같이 편평한 내부면(19) 및 편평한 외부면(23)을 가지지만 서술된 실시예중 하나에서 상기 내부면(19)과 외부면(23)은 편평하거나 휘어지거나 그 조합으로 될 수 있다. 관(12)의 내부면(17)은 도 1에 도시된 바와 같이 대기로 개방된다.
연료 셀에서 사용하기 위해서는, 서술된 모든 실시예에서, 모듈 세라믹 요소가 연료에 노출되는 표면상에서 금속 세라믹 합성물 코팅으로 코팅된다. 공기 또는 산소에 노출되는 표면은 여기에 서술된 산소 발생기에 사용되는 것과 동일한 코팅으로 코팅된다. 금속 세라믹 합성물은 전도성이지만 연료 셀이 작동중 노출되는 산화 환경이 다르기 때문에 산소 발생기에 사용되는 코팅과 조성이 다르다. 상기 코팅은 30-70 용적％ Ni 및 30-70 용적％ 안정화 지르코니아이며 40 용적％ Ni 및 60용적％ 안정화 지르코니아가 바람직하다. 여기에 서술된 전기 상호접속부는 세라믹 요소(10)가 산소 발생기 조립체 또는 연료 셀 조립체에 사용되든지 간에 동일하다. 바람직하게는, 연료 셀에 사용되는 벽 두께는 전기 효율을 증가시키기 위해 유사한 크기의 산소 발생기에 사용되는 것보다 작다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일련의 비아(24)는 하부면(18)을 통해 상부면(16)에서 연장한다. 상기 비아(24)는 세라믹 전해질을 통해 연장하는 홀이다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 각 비아(24)는 대응하는 관(12)에 인접하게 배치되며 길이 및 폭 방향 양쪽으로 옵셋된다. 비아(24)의 수는 관(12)의 수에 일치하며 비아(24)는 행과 열이 유사하게 배치된다. 상기 비아(24)는 코팅 공정중에 전도성 코팅으로 도금된다(그리고 충진되거나 폐쇄된다).
일련의 보강 리브(26)가 도 3에 도시되며 보강 리브는 하부면(18)에서 하향으로 연장하고 플랜지부(20)에 대향 단부에서 접속된다. 각 보강 리브(26)는 관(12)의 행과 비아(24)의 행사이에 배치된다. 상기 보강 리브(26)는 비아(24)에 인접하게 서로 결합되는 두개의 아치형 단면과 서로 결합되는 다수의 아치형 단면을 갖는다. 상기 플랜지부(20)는 리브(26)가 연장하는 것보다 더 큰 거리를 연장한다. 상기 리브(26)는 코팅 공정중에 코팅된다.
코팅 공정후에, 상부 및 하부면(16,18)의 부분상의 촉진화 및 전도성 재료가 제거되어 임의의 비아(24)를 통해 원하는 전기 접속(서술될)을 형성한다.
다시, 관이 12a,12b,12c,12d로 표시되고 비아가 24a,24b,24c,24d로 표시되는, 도 1의 2-2선을 따라 취한 부분 단면도인 도 2a를 참조한다. 따라서, 도 2a는 서술된 실시예에서 스물 여덟개의 제 1 열에서 네개의 관의 단면도이고, 관(12a)은 행(a)에 속하며 관(12b)은 행(b)에 속하게 된다. 상기 관(12)과 관 지지 부재(14)는 세라믹 전해질 재료로 이루어진다. 관(12)의 외부면(13)과 관 지지 부재(14)의 상부면(16)은 이온화 및 전도성 재료의 코팅으로 연속적으로 코팅된다. 마찬가지로, 관(12)의 내부면(17), 하부면(18) 및 보강 리브(26)는 동일한 또는 유사한 전도성 재료의 코팅(32)으로 코팅된다. 언급한 바와 같이, 이 코팅 공정에서, 지지 부재(14)를 통해 연장하는 비아(24)는 전도성 재료로 충진될 것이다. 예를 들면, 전체 표면 영역은 침지 공정 또는 분무 공정에 의해 코팅된다.
이 코팅(30,32) 또는 산소 발생기와 같은 전기 화학 장치를 만들 수 있는 전기 회로로 금속 세라믹 혼합물 코팅을 형성하기 위해서는, 원하는 전기 접속을 발생시키도록 소정의 전극 재료를 선택적으로 제거하는 것이 필요하다. 전극 재료의 제거는 전극 재료를 절단하여 전극 재료를 인접 관과 절연시키도록 레이저를 사용하여 행해질 수 있다. 레이저를 사용하는 것보다는 전극 재료를 제거하도록 방전기를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 방전기는 하부 세라믹을 절단하지 않기 때문이다. 이 때문에, 일련의 절단부(40a,40b,40c,40d)가 관 지지 부재의 하부면상의 코팅(32)에 만들어진다. 상기 절단부(40a-40d)는 적절한 레이저로 만들어져서 관(12)의 행사이에서 플랜지부(20)의 대향 종방향 부분사이에 있는 관 지지 부재(14)의 전체 거리를 종방향으로 뻗어있다. 마찬가지로, 절단부(42a,42b, 42c,42d)는 관 지지 부재(14)의 상부면(16)상에 형성된 코팅에 만들어진다. 다시, 이 절단부(42a-d)는 각 관의 행을 따라 플랜지부(20)의 대향 종방향 부분 사이에 있는 관지지 부재(14)의 전체 거리를 종방향으로 연장한다. 이 절단부는 코팅(30,32)의 전체 두께를 통해 연장하지만 만약 레이저가 사용되면, 바람직하게는 가능한 한 작게 세라믹을 관통한다. 플랜지부(20)의 수직 외부면(44)이 코팅 공정중 코팅되면 그 다음에 코팅(30)이 제거되어야만 한다.
절단부(42a)는 관(12a)에 더 가까운 비아(24a)의 측면상에 만들어지고 절단부(40a)는 관(12b)에 더 가까운 비아(24a)의 측면상에 만들어진다. 따라서, 일련의 접속이 관(12a)의 내부면(17)상의 코팅(32)과 관(12b)의 외부면(13)상의 코팅(30)사이에 만들어진다. 유사하게, 일련의 접속이 관(12b)의 외부면상의 코팅(30)과 관(12c)의 내부면상의 코팅(32)사이에 만들어진다. 일련의 접속이 관(12c)의 내부면상의 코팅(32)과 관(12d)의 외부면상의 코팅(30)사이에 만들어진다. 일련의 동일한 접속이 이어지는 인접 관(12)사이에 만들어지지만 단순하게 하기 위해 여기에서 서술되지는 않는다. 따라서, 다른 행이지만 동일한 열에 있는 인접 관(12)은 연속으로 접속된다. 동일한 행이지만 다른 열에 있는 관(12)은 전기적으로 평행하게 접속된다. 상기 절단부(40,42)는 행사이의 절단부(40a,42a)가 관(12a,12b)에 의해 형성되는 것처럼 관의 행의 종방향으로 만들어지며, 사실상 다른 관의 행사이의 같은 절단부는 행에 있는 관(12)을 평행 전기 회로로 형성한다. 전도성 재료를 비아(24)에 유지시키므로써 관(12)사이의 최선의 낮은 저항 접속이 형성된다. 따라서, 각 관(12)은 전극이 되고 각 관(12)의 외부면(13)은 캐소드가 되고 내부면(17)은 애노드가 된다.
비아(24)의 확대 단면도가 도 2b에 도시된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 비아(24)는 바람직하게는 테이퍼져서 비아(24)의 큰 직경의 단부는 표면(18)에 있고 비아(24)의 작은 직경의 단부는 표면(16)에 있게 된다. 상기 테이퍼는 표면(18)이 고압에 노출되고 비아(24)로 삽입된 플러그(도시않음)가 타이트해져서 압력이 증가할 때 더 좋은 시일을 제공하기 때문에 장점이 있다.
예로서 도 1 실시예를 사용하는 이 배열의 결과는 각 여덟개의 관의 스물 여덟개의 행의 조합(여덟개의 열)에 있어서 여덟개의 관의 각 행에 있는 각 관의 전극(제 1 및 제 2 전극)이 전기적으로 평행하다는 것이다. 각 스물 여덟개의 행은 전기적으로 연속적이다. 이 장치는 단지 예시이며 관의 크기 및 관의 열과 행의 배열은 최상의 전압 및 전류 분배를 위해 각 관에 실현되도록 연속 배열 및 또는 평행한 전기 접속을 허용하면서 변화될 수 있다. 도시된 실시예에서, 도 1 요소가 24 전압의 동력을 받는다고 가정하면, 각 관을 가로질러 적용된 전압은 1 전압보다 작은데 그 이유는 각 관의 행이 스물 여덟개의 연속 저항기로서 사실상 작용하기 때문이다. 이온화를 실행하고 장치를 가로질러 산소를 이송하는데 필요한 전압은 다음을 포함하는 여러 매개변수에 의해 영향을 받는다; 작동 온도, 발생기를 가로지르는 차동 산소 부분 압력, 전해질의 이온 전도성, 전해질의 전기 저항, 전극 인터페이스, 전극의 전개 저항 및 발생기로의 전기 접속의 저항. 그러나, 일반적으로 이 전압은 1 전압보다 작아 구현된 배열에 있어서 작은 미소 전압이 될 것이다. 관(또는 관의 행)의 수는 전원 전압 및 각 관에 적용될 원하는 전압에 달려있다. 이 실시예에서 여덟개의 관(및 관련 비아)의 각 행은 각 스물 여덟개의 관의 여덟개의 분리된 시리즈가 형성되도록 더 분리될 수 있다. 그러나, 전극 특성의 불균일성은 집중된 과열 및 한 관의 이어지는 연소를 일으켜 일련의 스물 여덟개의 관의 손실을 발생시킨다. 도시된 바와 같이 관을 다수의 비아를 갖는 행으로 배열시키는 것은 전류 흐름의 과잉 및 정상화를 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배출 포트(50)가 플랜지부(20)를 통해 관 지지 부재(14)에 설치된다. 상기 배출 포트(50)는 플랜지부(20)의 짧은 부분에 배치되지만 배출 포트는 요소(10,10')의 긴 에지를 따라 배출할 수도 있어 다수의 모듈 조립체의 단부 대 단부보다 측면 대 측면을 허용한다. 산소 발생기 조립체를 형성하기 위해서는 각 세라믹 요소(10)에 단지 단일 배출 포트만이 존재한다. 연료 셀 조립체를 형성하기 위해서는 각 세라믹 요소에 유입 포트(도시않음)와 배출 포트(50)가 존재한다.
모듈 조립체(70)가 도 4에 도시된다. 도 4 모듈 조립체를 형성하는 요소(10,10')는 바람직하게는 완성 조립체(70)를 형성하도록 동일하게 대칭인 것이 바람직하다. 플랜지 부재(20)는 그 주변 주위에 있는 관 지지 부재(14)의 하부면(18)에서 외측으로 연장하므로 요소(10,10')가 함께 배치될 때, 플랜지 부재(20,20')가 두개의 요소(10,10')의 하부면(18)사이에서 그 내측에 밀봉 공간 또는 매니폴드를 형성하도록 결합된다. 서술된 실시예중 다른 실시예에서는, 커버 플레이트(도시않음)가 세라믹 요소(10')의 적소에 사용될 수 있다.
산소 발생기용으로 작동시, 산소가 추출될 공기 또는 가스는 관(12)을 가로질러 흐르고 이온 전도성의 원리때문에, 고압의 산소를 갖는 가스는 관(12)의 내부에 형성되어 두개의 요소 조립체(10,10')사이에 형성된 밀봉 공간에 모이게 된다. 각각의 개별 관(12)은 전극으로서 작용하며 외부면은 제 1 전기 포텐셜에 존재하고 내부면은 제 2 전기 포텐셜에 존재하게 된다. 외부면(13)과 내부면(17)사이의 전기 포텐셜은 산소 분자를 표면(13)에서 해리시킨다. 상기 전기 포텐셜은 산소 이온이 조밀한 세라믹 전해질을 통해 흐르게 하여 산소 분자가 내부면에 재형성된다. 이 산소의 공급은 원하면 배출 포트(50)를 통해 소통된다. 전류는 모듈(70)의 외부상의 코팅으로 공급되고 산소는 배출 포트(50;도 3)를 통해 산출된다. 기대되는 산소 생산은 99.5％이상의 순수한 산소가 될 것이다.
연료 셀로서 사용될 때, 모듈 조립체는 유입 포트 및 배출 포트(50)를 가질 것이다. 수소 또는 천연 가스와 같은 연료는 유입 포트로 유입되어 배출 포트(50)를 통해 배출된다. 공기 또는 고순도의 산소와 같은 옥시던트는 연료 셀 조립체의 외부를 둘러쌀 것이다. 공기 및 연료는 각각 애노드 및 캐소드와 반응한다.
중공 튜브의 각 행에 대한 다른 배열은 대략 동일한 효과의 표면 영역을 제공하는 중공의 "외팔보 쉘프(cantilever shelf)"이다. 하나의 폐쇄된 성형 단부를 갖는 편평한 중공 구역은 관이 보통의 출력 포트를 제공하게 될 때 함께 연결될 것이다. 내부 보강 리브는 요구되는 내부 압력을 견디는 능력을 증가시키기 위해 대향하는 편평한 벽사이에 추가될 수 있다.
도 1-4에 도시된 세라믹 모듈 요소(10)는 제 1 실시예이며 도 5-6 및 8에 도시된 세라믹 모듈 요소(100)는 제 2 실시예이다. 도 7 및 9a-9b와 그 설명은 양 실시예에 공통적이다.
도 5에 도시된 세라믹 모듈 요소(100)는 일반적으로 평관 지지 부재(114)에서 연장하는 이격 신장된 관(112)의 어레이를 포함한다. 상기 지지 부재(114)는 일반적으로 장방형 형상이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 어레이는 전체 육십 세개의 관을 위해 일곱개의 열 및 아홉개의 행을 가지지만, 산소 발생기용 관(112)의 길이는 발생되길 바라는 산소의 양에 달려있다. 각 관(112)의 최외단부는 단부(115)에서 폐쇄된다. 상기 관(112)은 0.015 인치만큼 얇은 벽 두께를 갖는다.
상기 관(112)은 편평한 내부면(119) 및 휘어진 외부면(123)을 갖는다. 관(112)의 내부면(117)은 도 5에 도시된 바와 같이 대기로 개방되어 있다. 관 지지 부재(114)는 편평한 상부면(116) 및 편평한 하부면(118)을 갖는다. 다수의 이격된 일반적으로 장방형 리세스(120)는 각 리세스(120)의 측면에 배치된 장방형 채널(125)에 의해 서로 결합되는 하부면(118)에서 내측을 향해 형성된다. 채널(125)의 위치 및 형태는 예증이 되며 각 리세스(120)가 배출구와 유체 소통될 만큼 긴 다른 형상일 수 있다. 각 리세스(120)의 에지(122)는 대략 각 관(112)의 중앙에서 각 관(112)의 개방 단부와 교차한다. 리세스(120)사이에 배치된 관 지지 부재(114) 부분은 지지 리브(180)이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 배출 포트(150)는 지지 부재(114)에 형성되며 분기된 관(112)을 지지 부재(114)의 길이 방향에서(짧은 벽을 따라서) 배출구에 연결시킨다.
도 5-6에 도시된 바와 같이, 일련의 비아(124)는 상부면(116)에서 리세스(120)로 연장한다. 상기 비아(124)는 세라믹 전해질을 통해 연장하는 홀이다. 각 비아(124)는 대응 관(112)에 인접 배치되어 도 3에 도시된 바와 같이 길이 및 폭 방향 양쪽에서 옵셋된다. 비아(124)의 수는 관(112)의 수와 일치하고 비아(124)는 행 및 열에 유사하게 배치된다. 상기 비아(124)는 코팅 공정중에 도금된다(충진되거나 폐쇄된다).
성형된 세라믹 전해질의 개략적인 표현이 도 7에 도시되며 세라믹 요소(10)의 전체 외부 및 내부면에 걸쳐 전도성 전극 코팅(200)을 갖는다. 그 다음, 집전기 코팅(210)이 전체 전극 코팅(200)에 걸쳐 적용된다. 인접 행에 있는 인접 관(112)상의 코팅(200,210)을 단락시키기 위해서, 바람직하게는 지지 부재(114)의 하부면(118)이 하부면(118)에서 코팅을 제거하도록 접지될 수 있다. 하부면(118)을 연마하는 것은 밀봉용 평면을 제공하는 장점이 있다(도 6). 수직 외부면(144;도 5)상의 소정의 코팅은 외부 및 내부면상의 코팅을 단락시키기 위해 접지되지 않을 수 있다. 대안적으로, 전기 절연 절단부(132a-132h)가 도 7에 개략적으로 도시된 것처럼 이루어질 수 있다. 그 다음 전기 절연 절단부(142a-142h)는 제 1 실시예와 관련하여 상술된 방법으로 도 5에 도시된 것처럼 절단될 수 있다. 대안적으로, 상부면(116)의 선택된 영역은 코팅(200,210)이 세라믹에 부착되는 것을 방지하기 위해 엄폐될 수 있다. 유리하게는, 이미 전기적으로 상호연결된 상기 관(112)은 서로 이격되어 있어서 전기 접속을 완성하도록 서로 직접 접촉하게 되는 관의 주변부를 필요로 하지 않는다. 완성된 조립체는 산소 발생기 및 연료 셀이 사용될 때 경험하게 되는 극단적인 온도 및 화학 환경에 의해 불리한 영향을 받지 않는다.
작동시, 양극 전기 단자는 캐소드를 형성하는 A(도 8의 도면 번호 262 참조)에 접속된다. 음극 전기 단자는 이 개략적 다이아그램에 도시되지 않는다(도 8의 도면 번호 264 참조). 전자는 화살표(B)로 지시된 바와 같이 관(12)을 가로질러 애노드로 흐른다. 전류는 화살표(C)로 지시된 바와 같이 애노드를 통해 흐르고 화살표(D)로 지시된 바와 같이 비아(24)를 통해 흐른다. 전기 절연 절단부(142a)는 관(12a)의 외부면(13a)과 관(12b)의 외부면(13b)사이에서 전류가 흐르는 것을 방지한다. 유사하게, 전기 절연 절단부(32a)는 관(12a)의 내부면(17a)과 관(12b)의 내부면(17b)사이에 전류가 흐르는 것을 방지한다.
서술된 모든 실시예의 경우에, 전해질 재료는 다음의 그룹 및 그 혼합물에서 선택되는 것으로 계획된다.
1) A=이트륨(Y), 이테르븀(Yb), 스칸듐(Sc), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)인 지르코니아(Zr1-x)AxO2(0.05＜x＜0.15), 여기서 A=Y이고 x=0.08인 것이 바람직하다.
2) A=사마륨(Sm), 가도리늄(Gd), Y, 란탄(La), 스트론튬(Sr)인 산화 세륨(Ce1-x)AxO2(0.05＜x＜0.30), 여기서 A=Gd 이고 x=0.20인 것이 바람직하다.
3) A=Y, 네오디뮴(ND), Gd, 에르븀(Er), 디스프로슘(Dy), La인 비스무트 옥사이드 (Bi2O3)1-x(A2O3)x(0.05＜x＜0.30), 여기서 A=Y이고 x=0.20인 것이 바람직하다.
4) A=구리(Cu), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 니켈(Ni)인 비스무트 바나트 Bi2V1-xAxO5.5-3x/2(0.05＜x＜0.30), 여기서 A=Cu 이고 x=0.10인 것이 바람직하다.
5) 란탄 갈라드 La1-xSrxGa1-yMgyO3,(0＜x＜0.30)(x=0.10 인 것이 바람직하다)이고 (0.00＜y＜0.30)(y=0.20 인 것이 바람직하다).
서술된 모든 실시예의 경우에, 전극 재료는 다음의 그룹에서 선택되는 것으로 계획한다.
1) La1-xAxMnO3(0.00＜x＜1.00), A=Sr, Ca, Ba 이고 Sr=0.20 인 것이 바람직하다.
2) La1-xSrxCo1-yFeyO3
서술된 모든 실시예의 경우에, 집전기는 다음에서 선택된다.
1) 비부식 금속(은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt)), 여기서 Ag가 바람직하다.
2) 함금(Ag-Pd(20％Pd), Au-Pd), 여기서 20％Pd를 갖는 Ag-Pd가 바람직하다.
세라믹 요소(100)를 분사 성형하기 위해서는, 세라믹 전해질이 바인더와 혼합된다. 분사 성형 바이더 시스템은 30-70 용적％ 고체를 포함한다. 상기 고체는 세라믹 분말 또는 전해질이다. 나머지 용적 퍼센트는 바인더이다.
상기 바인더 재료는 다음에서 선택된다.
1)에이거(Agar)(＜10 용적％), 글리세린(＜10 용적％), 물(＞ 용적％)
2) 폴리머, 왁스, 오일 및 산, 여기서
ㄱ) 상기 폴리머는 (0-75 용적％)=폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 클로레이트(PEC), 폴리비닐 클로레이트(PVC), 폴리아세탈이고,
ㄴ) 상기 왁스는 (0-75 용적％)=파라핀, 미소결정체, 카르나우바, 밀랍이다.
e) 상기 오일은 (0-75 용적％)=땅콩 오일, 식물성 오일, 미네랄 오일이다.
ㄹ) 상기 산은 (0-20 용적％)=스테아르산, 올레산, 붕산이다.
3) 메틸 셀룰로오스(5-30 용적％), 물(＞50 용적％), 글리세린(＜20 용적％), 붕산(＜10 용적％)
산소 발생기용 완성 모듈 조립체(250)는 도 8에 도시된다. 상기 모듈 조립체는 시일(260)을 형성하는 상용 세라믹 로딩식 시멘트를 사용하여 세라믹 요소(100')에 부착되는 세라믹 요소(100)를 포함한다. 대안적으로, 상용되는 리듐-알루미늄-규산염 유리 시멘트가 사용될 수 있다. 유리하게는, 2000 psi를 초과하는 내부 압력의 생성을 허용할 수 있는 강한 조립체를 제공하게 보강 리브(180)가 함께 결합된다. 모듈(100,100')의 주변과 그 중앙부 양쪽의 리브(180)의 결합은 또한 추가 보강을 제공한다. 양극 전기 단자(262)는 모듈 조립체(250)의 일단부의 상부면(118)상에서 코팅(210)에 접속되고 음극 전기 단자(264)는 모듈 조립체의 대향 단부에서 코팅(210)에 접속된다. 1.2 인치 길이를 갖는 0.13 인치 직경의 관을 가지며 1.8 인치의 폭과 3 인치의 길이를 갖는 도 8에 도시된 크기의 산소 발생기는 분당 300-350 세제곱 센티미터의 산소를 발생시킨다.
이제, 도 9a를 참조하면, 세라믹 요소의 제조 공정에서의 단계를 도시하는 플로우 챠트가 도시된다. 단계(300)에서, 세라믹 분말이 수용된다. 상기 세라믹 분말은 상술된 목록에 기재된 소정의 조성일 수 있다. 단계(302)에서, 수용된 세라믹 분말이 검사된다. 세라믹 분말이 검사 단계(302)를 실패하면, 세라믹 분말은 단계(304)에서 처리된다. 상기 공정은 세라믹 분말 하소, 세라믹 분말 분쇄 또는 세라믹 분말에 화학 첨가제 추가를 포함한다. 단계(306)에서, 공급원료 바인더 시스템이 준비된다. 상기 공급원료 바인더 시스템은 상술된 목록에 기재된 소정의 바인더 재료일 수 있다. 단계(308)에서, 검사 통과된 분말과 바인더 시스템이 혼합된다. 단계(310)에서, 분말 및 바인더 시스템을 포함하는 공급원료는 분사 성형기로 이송된다. 단계(312)에서, 세라믹 요소(100)가 분사 성형된다. 단계(314)에서, 성형된 세라믹 요소(100)가 검사되고 성형된 부품이 검사에 실패하면, 그 다음에 단계(316)에서 성형 조건이 조절된다. 단계(318)에서, 바인더는 구십 이 퍼센트의 최소 밀도를 갖는 조밀 세라믹 전해질을 남기고 제거된다. 단계(320)에서, 세라믹 요소(100)가 소결된다. 단계(322)에서, 세라믹 요소(100)가 검사되고 요소(100)가 검사에 실패하면 요소는 단계(324)에서 폐기된다. 단계(326)에서 전극 잉크가 준비된다. 단계(328)에서, 전극 코팅(200)이 검사된 세라믹 요소(100)에 적용된다. 단계(330)에서, 코팅된 세라믹 요소(100)는 소결된다. 단계(332)에서, 소결 코팅된 세라믹 요소가 검사된다. 세라믹 요소가 검사에 실패하면 단계(334)에서 소결된 세라믹 요소가 재작업되어야 하는지가 결정된다. 세라믹 요소를 재작업하지 않기로 결정하면 세라믹 요소(100)는 단계(336)에서 폐기된다. 단계(334)에서, 세라믹 요소(100)가 재작업해야 된다고 결정되면 세라믹 요소는 단계(328)로 복귀된다. 일단, 세라믹 요소가 단계(332)의 검사를 통과하면 단계(336)에서 집전기 잉크가 준비된다. 단계(338)에서, 집전기 코팅(210)이 소결된 전극 코팅 위로 적용된다. 단계(340)에서, 적용된 집전기 코팅(210)이 소결된다. 단계(342)에서, 세라믹 요소(100)상에 소결된 집전기 코팅(210)이 검사된다. 소결된 세라믹 요소(100)가 검사에 실패하면 단계(344)에서 세라믹 요소가 재작업되어야 하는지를 결정한다. 세라믹 요소(100)를 재작업하지 않는다고 결정하면 세라믹 요소는 단계(346)에서 폐기된다. 단계(344)에서, 소결된 집전기 코팅을 재작업하기로 결정하면 세라믹 요소(100)는 단계(388)로 복귀된다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 단계(348)에서 비아 페이스트가 준비된다. 단계(350)에서 전기 비아 페이스트가 비아(124)에 적용된다. 단계(352)에서, 비아(124)가 검사된다. 비아(124)가 검사에 실패하면 단계(354)에서 비아의 전기 페이스트를 재작업하는지를 결정한다. 세라믹 요소(100)를 재작업하지 않기로 결정하면 세라믹 요소는 단계(356)에서 폐기된다. 비아의 전기 페이스트를 재작업하기로 결정하면 모듈 세라믹 요소는 단계(350)로 복귀된다. 일단 전기 페이스트가 적용되어 검사단계(352)를 통과하면, 단계(354)에서 하부면(118)이 연마된다. 또한, 수직 측면(144)도 단계(354)에서 연마된다. 단계(356)에서 상부면(116)은 바람직하게는 방전기를 사용하여 인접 부분(142A 내지 142H 참조)에서 절연된 전도성 코팅 부분을 갖는다. 단계(358)에서, 관의 인접 행사이의 단락이 검사된다. 절단 세라믹 요소가 검사에 실패하면 단계(360)에서 세라믹 요소(100)를 재작업하는 지를 결정한다. 세라믹 요소(100)를 재작업하지 않기로 결정하면 세라믹 요소(100)는 단계(362)에서 폐기된다. 단계(360)에서 세라믹 요소(100)를 재작업하기로 결정하면 세라믹 요소(100)는 단계(354) 또는 단계(356)중 하나로 복귀된다. 단계(354)에서, 밀봉 재료가 준비된다. 단계(366)에서, 밀봉 재료는 하부면(118,118')으로 적용된다. 단계(370)에서, 밀봉 재료는 가열 경화된다. 단계(370)에서, 시일이 검사된다. 시일이 압력 검사 또는 누출 검사에 실패하면 단계(374)에서 결합된 세라믹 요소(100,100')를 재작업하는지를 결정한다. 결합된 세라믹 요소(100,100')를 재작업하지 않기로 결정하면 단계(376)에서 양쪽 요소(100,100')가 폐기된다. 결합된 세라믹 요소(100,100')를 재작업하기로 결정하면 단계(376)에서 세라믹 요소(100,100')가 분리된다. 단계(378)에서, 하부면(118,118')이 재연마되고 단계(378)후에 세라믹 요소가 단계(376)가 복귀된다. 일단 결합된 세라믹 요소가 시일 검사를 통과하면 단계(374)에서 세라믹 모듈 조립체(250)가 완성된다.
본 발명은 어떤 이동 부품도 갖지 않으면서 제곱 인치당 2000 파운드(2000 PSI)이상의 고압 산소를 제공할 수 있는 특정한 산소 농축기를 제공한다. 요구되는 산소에 따라, 다수의 모듈(250)이 함께 연결될 수 있고 고압 산소병이 고압 병을 가스 플랜트로의 긴 거리를 복귀시키지 않고 충진될 수 있다. 또한, 본 발명이 제조하는데 값이 덜 비싸고 더 신뢰성이 있게 간단한 전기 접속을 갖는 전기 화학 장치를 제공한다는 것이 명백하다.
본 발명이 상술된 모든 목적을 충족시킨다는 것은 본 분야의 숙련자들에게 쉽게 이해될 것이다. 전술한 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다양한 교환, 동등한 교체 및 여기에 넓게 기술된 것처럼 다양한 다른 형태를 취할 수 있을 것이다. 따라서, 여기에 허여되는 보호는 첨부된 청구범위 및 그 동등물에 포함된 한정에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (51)

  1. 제 1 및 제 2 표면과 상기 제 1 표면에서 연장하는 다수의 관부를 갖는 관 지지부를 구비하며, 상기 관부는 폐쇄 단부 및 개방 단부를 각각 가지고, 상기 제 2 표면은 대기로 부분적으로 개방되며, 상기 다수의 관부의 개방 단부는 대기로 개방되는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 관부와 상기 관 지지 부재는 성형 공정에 의해 일체의 구조체로서 형성되는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전해질 요소는 내부 및 외부면을 가지며 상기 내부 및 외부면상에는 전극 코팅을 또한 구비하는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극 코팅은 La1-xAxMnO3이며, 여기서 x는 0.00 및 1.00사이이고 A는 Sr, Ca 및 Ba에서 선택되는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 전극 코팅은 La1-xSrxCo1-yFeyO3인 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 전극 코팅상에 집전기 코팅을 또한 구비하는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 집전기 코팅은 Ag, Au, Pd, Pt 및 합금과 그 혼합물에서 선택되는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 관부는 이격된 행 및 열의 어레이에 형성되는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 관부 각각은 신장 부재인 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 관부 각각은 외부면 및 거기에서 이격된 내부면을 갖는 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 요소는 관부의 어레이에 인접 대응하는 행 및 열의 어레이에 형성된 다수의 비아를 가지며, 상기 다수의 비아는 상기 제 1 표면에서 상기 제 2 표면으로 연장하는 구멍인 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 전해질 요소는 Zr1-xAxO2, Ce1-xAxO2, (Bi2O3)1-x(A2O3), Bi2V1-xAxO5.5-3x/2및 La1-xSrxGa1-yMgyO3와 그 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택된 전해질과 분사 성형중 전해질을 바인딩하는 바인더를 포함하며, (0.00＜x＜0.30), (0.00＜y＜0.30) 및 A = Y, Yb, Sc, Ca, Mg, Sm, Gd, La, Sr, Nd, Er, Dy, Cu, Ti, Zr, Al, Co, Ni인 이온 전도성 세라믹 전해질 요소.
  13. 지지 부재와 상기 지지 부재에서 연장하는 신장 부재의 어레이를 갖는 제 1 세라믹 요소와,
    상기 세라믹 요소에 인접한 제 2 세라믹 요소와,
    상기 제 1 세라믹 요소와 상기 제 2 세라믹 요소 사이의 시일을 구비하며,
    상기 제 1 세라믹 요소, 상기 제 2 세라믹 요소 및 상기 시일은 그 사이에 압력 밀착 챔버를 형성하고, 상기 신장 부재는 상기 챔버로 개방되는 전기 화학 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 세라믹 요소의 외부면의 일부를 커버하고 제 1 극성에서 전기 포텐셜의 소스에 접속가능한 제 1 전도성 코팅과, 상기 제 1 세라믹 요소의 내부면의 일부를 커버하고 제 2 극성에서 전기 포텐셜의 소스에 접속가능한 제 2 전도성 코팅을 또한 구비하는 전기 화학 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 신장 부재는 관이고, 상기 어레이는 관의 열 및 행을 포함하며 상기 제 1 전도성 코팅은 상기 각 관의 외부면을 커버하고 상기 제 2 전도성 코팅은 상기 각 관의 내부면을 커버하는 전기 화학 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 행에 있는 각 관을 커버하는 상기 제 1 전도성 코팅은 행에 있는 인접 관상의 각각의 제 1 전도성 코팅에서 단락되며 행에 있는 각 관의 내부면을 커버하는 제 2 전도성 코팅은 인접 관에 있는 인접 내부면상의 각각의 제 2 전도성 코팅에서 단락되는 전기 화학 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 다수의 비아는 상기 외부면과 내부면 사이에서 연장하며 전도성 코팅은 상기 비아를 코팅하는 전기 화학 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 비아의 전도성 코팅은 관의 행상의 제 1 전기 코팅을 관의 인접 행상의 제 2 전기 코팅에 접속시키는 전기 화학 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 개별적인 다수의 비아로 삽입되는 다수의 플러그를 또한 구비하는 전기 화학 장치.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 세라믹 요소는 외부면과 내부면 사이에서 연장하게 형성된 다수의 비아를 갖는 전기 화학 장치.
  21. 제 13 항에 있어서, 유입구를 또한 구비하는 산소 발생기인 전기 화학 장치.
  22. 제 13 항에 있어서, 상기 유입구 및 배출구를 또한 구비하는 연료 셀인 전기 화학 장치.
  23. 상기 제 1 세라믹 요소는 분사 성형 공정에 의해 일체로 형성되는 전기 화학 장치.
  24. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 세라믹 요소는 장방형이고 상기 신장 부재는 원통형 관인 전기 화학 장치.
  25. 제 13 항에 있어서, 상기 시일은 세라믹 로딩식 시멘트인 전기 화학 장치.
  26. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 세라믹 요소와 상기 제 2 세라믹 요소는 동일한 전기 화학 장치.
  27. 제 13 항에 있어서, 상기 챔버는 2000 psi를 유지할 수 있는 전기 화학 장치.
  28. 제 1 전극과 제 2 전극을 갖는 산소 발생기를 형성하는 단계와,
    제 1 전극으로 제 1 극성의 전류를 공급하고 제 2 전극으로 제 2 극성의 전류를 공급하는 단계와,
    해리된 산소 이온으로부터 산소 발생기내에서 산소를 형성하는 단계와,
    산소 발생기내에서 산소 압력을 증가시키는 단계와,
    2000 psi이상에서 산소를 생산하는 단계를 구비하는 산소 발생 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 형성 단계는 세라믹 분말 및 바인더를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 세라믹 분말 및 바인더를 세라믹 요소로 분사 성형하는 단계와, 전극 코팅을 상기 세라믹 요소의 외부면에 적용하는 단계와, 집전기 코팅을 상기 전극 코팅상에 적용하는 단계를 구비하는 산소 발생 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 증가 단계는 산소 발생기내의 산소 압력을 증가시키도록 밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는 산소 발생 방법.
  31. 세라믹 분말 및 바인더를 혼합하는 단계와,
    상기 혼합된 분말 및 바인더를 지지부와 지지부에서 연장하는 다수의 돌출부를 갖는 세라믹 요소로 분사 성형하는 단계를 구비하는 방법에 의해 제조되는 세라믹 요소 제품.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 세라믹 요소 제품은 Zr1-xAxO2, Ce1-xAxO2, (Bi2O3)1-x(A2O3), Bi2V1-xAxO5.5-3x/2및 La1-xSrxGa1-yMgyO3로 이루어지는 그룹에서 선택된 재료를 구비하는 전해질과 전해질을 바인딩하는 바인더로 형성되며,
    (0.00＜x＜0.30), (0.00＜y＜0.30) 및 A = Y, Yb, Sc, Ca, Mg, Sm, Gd, La, Sr, Nd, Er, Dy, Cu, Ti, Zr, Al, Co, Ni인 세라믹 요소 제품.
  33. 제 32 항에 있어서, (0.05＜x＜0.30) 인 세라믹 전해질 요소.
  34. 제 32 항에 있어서, (0.05＜x＜0.15) 인 세라믹 전해질 요소.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 전해질은 Zr1-xAxO2이고, (0.05＜x＜0.15)이며 A는 Sm, Gd, Y, La 및 Sr로 이루어지는 그룹에서 선택되는 세라믹 전해질 요소.
  36. 제 34 항에 있어서, 상기 A=Y이고 x=0.08인 세라믹 전해질 요소.
  37. 제 32 항에 있어서, 상기 전해질은 Ce1-xAxO2(0.05＜x＜0.30)이고 A는 Sm, Gd, Y, La 및 Sr로 이루어지는 그룹에서 선택되는 세라믹 전해질 요소.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 A=Gd이고 x=0.20인 세라믹 전해질 요소.
  39. 제 32 항에 있어서, 상기 전해질은 (Bi2O3)1-x(A2O3)x(0.05＜x＜0.30)이고 A는 Y, Nd, Gd, Er, Dy, La로 이루어지는 그룹에서 선택되는 세라믹 전해질 요소.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 A=Y이고 x=0.20인 세라믹 전해질 요소.
  41. 제 32 항에 있어서, 상기 전해질은 Bi2V1-xO5.5-3x/2이고 A는 Cu, Ti, Zr, Al, Co 및 Ni로 이루어지는 그룹에서 선택되는 세라믹 전해질 요소.
  42. 제 32 항에 있어서, 상기 바인더는 폴리머, 왁스, 오일 및 산을 구비하는 세라믹 전해질 요소.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에닐렌 클로레이트, 폴리비닐 클로레이트 및 폴리아세탈로 이루어지는 그룹에서 선택되는 세라믹 전해질 요소.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 왁스는 파라핀, 미소결정체, 카르나우바 및 밀랍으로 이루어지는 그룹에서 선택되고 오일은 땅콩 오일, 식물성 오일 및 미네랄 오일로 이루어지는 그룹에서 선택되며 산은 스테아르산, 올레산 및 붕산으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 세라믹 전해질 요소.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 폴리머는 (0-74 용적％)이고, 상기 왁스는 (0.75 용적％)이며, 상기 산은 (0-20 용적％)인 세라믹 전해질 요소.
  46. 제 32 항에 있어서, 상기 바인더는 에이거, 글리세린 및 물을 구비하는 세라믹 전해질 요소.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 에이거는 (＜10 용적％)이고, 글리세린은 (＜10 용적％)이며, 물은 (＜80 용적％)인 세라믹 전해질 요소.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 바인더는 메틸 셀룰로오스, 물, 글리세린 및 붕산을 구비하는 세라믹 전해질 요소.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 메틸 셀룰로오스는 (5-30 용적％)이고, 물은 (＞50 용적％)이며, 글리세린은 (＜20 용적％)이고, 붕산은 (＜10 용적％)인 세라믹 전해질 요소.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 전해질은 La1-xSrxGa1-yMgyO3이며 (0.00＜x＜0.30)이고 (0.00＜y＜0.30)인 세라믹 전해질 요소.
  51. 제 50 항에 있어서, x=0.10 이고 Y=0.20인 세라믹 전해질 요소.
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