KR20020009448A - 박막 모듈러 전기화학 장치 및 이것의 제조방법 - Google Patents

박막 모듈러 전기화학 장치 및 이것의 제조방법 Download PDF

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KR20020009448A
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셀린스콧알.
스프렌클빈센트엘.
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Abstract

본 발명은 박막 전기화학 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
근사정형단조(near net shape) 세라믹 요소가 평면의 기반영역과 다수의 관부영역을 포함하며 성형된다. 상기 평면의 기반영역은 비전도성 재료로 충진된다. 상기 각각의 관부영역은 다공성의 전도성 재료로 충진된다. 다공성의 촉매 전극 재료가 음과 양의 표면중 하나가 형성되도록 상기 충진된 영역상에 적용된다. 세라믹 전해질 코팅재가 상기 다공성의 촉매 전극 재료상에 증착된다. 다공성의 촉매 전극 재료가 상기 증착된 세라믹 전해질층상에 적용된다. 다공성의 전도성 재료가 음과 양의 표면중 또 다른 하나가 형성되도록 상기 다공성 촉매 전극상에 증착된다.

Description

박막 모듈러 전기화학 장치 및 이것의 제조방법{Thin film modular electrochemical apparatus and method of manufacture therefor}
본 발명은 전해장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세라믹 지지구조체상에 얇은 전해질 코팅제를 이용한 물품과 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 근사정형단조(near net shape) 세라믹 지지구조체를 성형하는 방법과, 상기 세라믹 지지구조체의 일표면에 얇은 전해질층을 중착하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 약 10μ- 100㎛의 범위의 전해질층을 갖는 다수개의 얇은 관형 벽면을 포함하는 세라믹 지지구조체에 관한 것이다.
미국특허 5,871,624와 5,95,113에 공개된 세라믹 산소 발생기는 산소-유도 전해질을 사용한 전기화학 장치에 대한 이전의 접근법의 많은 제한들을 극복하였다.
미국특허 5,871,624에 기술되어 있는 필수적인 베이스는 단순하고, 개개의 전기화학 요소간을 전기적으로 상호연결하는 낮은 저항의 방법으로 제공된다.
상기 베이스(14)는 밀봉 챔버의 형성을 가능하게 하고, 음과 양의 표면에 있는 공기를 서로 분리시키며, 하나의 실로 다수개의 개개요소를 결합시킴을 가능하게 한다.
평면 적층 배열과는 달리, 상기 공개된 배열은 상온에서 200psi 이상의 내부압력에 견딜수 있고, 45psi의 배출압에서 산소를 발생시킬 수 있다.
이러한 압력은 의료용 마취장치와 맥박 약품 주입과 함께 세라믹 산소 발생기 시스템(COGS: Ceramic Oxygen Generator System)의 통합에 필수적이다.
미국특허 5,871,624와 5,985,113에는 전해질로서 작용하는 세라믹 요소가 소개되어 있다. 이때의 지지구조체는 베이스부(5,985,113특허에는 튜브 지지부로 명명됨)와 다수의 튜브를 포함한다.
전기적인 효율 설계는 분말 사출 성형과 같은 기술로 성형될 수 있는 세라믹 요소의 관부 벽면 두께에 의하여 제한된다.
본 발명의 목적은 지지구조체상에 박막 전해질과 전극 박막을 성형함으로써, 전기화학 장치의 전기 효율을 향상시키고자 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전기 전도성이고, 가스를 함유한 산소가 투과할 수 있는 지지구조체의 관부 영역을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기적으로 비전도성이고, 가스를 함유한 산소가 투과되지 않는 지지구조체의 평면 영역(매니폴드(manifold))을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 박막 전기화학 장치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 비아(Vias)가 배제된 전기화학 장치를 형성하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적들은 박막 전기화학 장치를 제조하는 방법에 의하여 달성된다.
근사정형단조(near net shape) 세라믹 요소가 평면 영역과 다수개의 관부 영역을 포함하며 성형되어진다. 상기 평면의 기반 영역은 비전도성 재료로 충진된다.또한, 상기 각각의 관부 영역은 다공성의 전도성 재료로 충진된다.
다공성의 촉매 전극 재료는 양의 표면과 음의 표면중 하나가 형성되도록 상기 충진된 영역상에 적용된다. 세라믹 전해질 코팅재가 상기 다공성의 촉매 전극 재료상에 증착된다. 또, 상기 다공성의 촉매 전극 재료가 상기 세라믹 전해질 코팅재상에 증착된다.
다공성의 전도성 재료가 또 다른 음의 표면과 양의 표면을 형성하도록 상기 다공성의 촉매 전극상에 증착된다.
상기한 본 발명의 목적은 박막 전기화학 장치의 제조방법에 의하여 달성된다.
근사정형단조 세라믹 요소가 기반영역과 다수의 관부영역이 포함되도록 성형된다. 상기 각 기반영역의 일부분은 첫번째 기반영역과 두번째 기반영역이 형성되도록 가리워진다.
다공성의 전도성 재료가 상기 다수의 관부영역과 첫번째 및 두번째 기반 영역에 증착된다.
다공성 촉매 전극 재료가 음의 표면과 양의 표면중 하나가 형성되도록 상기 증착된 다공성의 전도성 재료상에 우선 적용되어진다. 조밀한 세라믹 전해질이 상기 적용된 촉매 전극 재료상에 증착되어진다.
다공성 촉매 재료가 음과 양의 표면중 또 다른 하나를 형성하도록 상기 증착된 세라믹 전해질상에 증착된다.
상기 다공성 촉매 전극상에 다공성의 전도성 재료를 증착하는 것은 상기 첫번째 기반영역상에 두번째로 적용된 촉매 전극과 상기 두번째 기반영역상의 다공성 전도성 재료가 전기적으로 연결되도록 하는데 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적은 평면 기반영역과 다수의 관부영역을 갖는 세라믹 지지구조체를 포함하는 박막 전기화학 장치에 의하여 달성된다.
전기적 전도성 영역은 상기 각각의 관부 영역에 형성된다. 평면 영역은 전기적으로 비전도성이고 밀봉차폐를 제공한다. 첫번째 전극층이 각각의 관부영역의 표면상에 형성된다.
전해질층이 상기 첫번째 전극층과 인접되고, 두번째 촉매 전극층은 상기 전해질층과 인접되어진다.
본 발명의 목적과 장점이 이하 상세한 설명으로부터 당분야의 지식을 가진 자에게 명백하게 이해될 것이고, 본 발명의 바람직한 구현예를 실시하는데 가장 바람직한 모드로 도시 및 설명하였다.
본 발명은 여러 구현예가 가능하고, 그 여러 구현예는 본 발명으로부터 벗어남없이 다양한 변경이 가능하다. 따라서, 도면과 상세한 설명은 본질적으로 실례일뿐 제한되지 않는다.
도 1은 관부와 베이스부를 포함하는 본 발명의 박막 전기화학 장치를 나타내는 측단면도,
도 2a는 근사정형단조(near net shape) 물품을 나타내고,
도 2b는 전도성 물질이 채워진 도 2a 물품의 관부 영역을 나타내고,
도 2c는 도 2a의 물품의 관부 영역에 걸쳐 촉매 전극 코팅(catalytic electrode coating)이 이루어진 상태를 나타내고,
도 2d는 도 2a의 물품의 촉매 전극 코팅층에 걸쳐서 전해층(electrolytic layer)이 증착된 상태를 나타내며,
도 2e는 도 2a의 물품의 전해층에 걸쳐 제2촉매 전극층이 증착된 상태를 나타내며,
도 3은 본 발명에 따른 박막 전기화학 장치의 일구현예를 나타내는 측단면도,
도 4a는 도 3의 물품에 대하여 내부 전류 콜렉터 증착시 마스크를 사용하는 상태를 나타내고,
도 4b는 도 3의 물품에 대한 내부 전극 증착시 마스크를 사용하는 상태를 나타내고,
도 4c는 도 3의 물품에 대한 전해질 증착시 마스크를 사용하는 상태를 나타내고,
도 4d는 도 3의 물품에 대한 외부 전극 증착시 마스크를 사용하는 상태를 나타내고,
도 4e는 도 3의 물품에 대한 외부 전류 콜렉터 증착시 마스크를 사용하는 상태를 나타내며,
도 5는 본 발명의 박막 전기화학 장치와 미국특허 5,871,624와 5,985,113간의 전기효율을 비교하여 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 박막 모듈러 전기화학 장치 12 : 관부영역
14 : 평면의 기반영역 16,18 : 홀
22 : 절연재 24 : 촉매 전극
26 : 전해질층 30 : 다공성의 전도층
100 : 지지구조체
도 1은 본 발명에 따라 제조된 박막 모듈러 전기화학 장치를 나타내는 단면도로서, 도면부호 10은 본 발명의 박막 모듈러 전기화학 장치를 나타낸다.
상기 박막 모듈러 전기화학 장치(10)는 평면 기반영역(14)과, 이곳으로부터연장된 관부 영역(12)을 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 전기화학 장치(10)의 일구현예는 도 1에 도시된 바와 같고, 상기 박막 전기화학 장치의 제조 단계는 도 2a에서 도 2e에 도시된 바와 같다.
단일 세라믹 요소로서 사출 성형되어 격자형으로 배열된 다수열의 관부 영역이 본 발명에 사용될 수 있지만, 하나의 관부 영역(12)만을 도시하였다.
지지구조체(100)(도 2a 참조)는 중합 결합제 혼합물(polymeric binder compound)과 전기적으로 절연된 세라믹 분말의 혼합물을 사출 성형하여 성형된 것이고,
유연성의 근사정형단조(near net shape)물품은 평면 기반영역(14)에 다수개의 홀(16,18)을 포함하고, 이 홀들은 평면 기반영역의 상부면에서 하부면까지 연장되어 있다.
바람직하게는, 상기 사출 성형된 지지구조체(100)는 기계가공이 되지 않아야 한다.
상기 결과적인 물품 즉, 지지구조체(100)는 전기적으로 비전도성 특성을 갖는 다공성 물품이 되도록 결합제 제거와 소결 과정을 거치게 된다.
상기 다공성 물품 즉, 지지구조체(100)는 알루미늄 산화물로 구성하는 것이 바람직하지만, 박막 제조 및 장치의 작동 조건하에서 화학적으로 안정된 세라믹 전해질과 유사한 열팽창계수를 보유하고 있는 다공성의 전기적 절연재로도 성형 가능하다.
즉, 알루미늄 산화물은 도 1과 도 2a에 도시한 구조체의 바람직한 재료이지만, 또 다른 전기적 절연재의 채택이 가능하다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 다공성 지지구조체(100)의 관부 영역(12)은 그 전체 길이에 걸쳐 전도성 물질이 채워지는데, 충진된 관부 영역(110)만이 형성되도록 상기 기반영역(14)에는 채워지지 않는다.
상기 충진된 관부 영역(110)에 의하여 최소 저항을 갖는 각 관의 내벽면에서 외벽면까지 전류가 흐를 수 있게 된다.
상기 충진된 관부 영역(110)의 두께는 약 300∼500㎛이다.
상기 충진재의 재질로는 알루미늄이 바람직하고, 금(gold), 백금(platinum), 팔라듐(palladium), 이것 금속들의 합금이 사용 가능하다.
상기 충진된 관부 영역(110)에 충진된 재료의 다공도는 박막 전해질에 또는 박막 전해질로부터 산소의 통과가 이루어질 정도로 유지되도록 한다.
상기 모듈러 즉, 전기화학 장치(10)의 평면 기반영역(14)은 전기 절연체로 성형되도록 밀폐된 다공도를 갖도록 절연재(22)로 충진된 상태로서, 하기에 설명되는 바와 같이, 음의 표면과 양의 표면간에 나타나는 가스류의 밀폐막으로 제공된다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 촉매 전극(24)이 상기 충진된 관부 영역(110)에 걸쳐서 코팅에 의하여 형성된다. 상기 촉매 전극(24)은 지나서까지 연장된다.
도면에서 보듯이, 상기 촉매 전극(24)은 다공성의 전도성 관부 영역(12)의 내표면 또는 외표면에 형성될 수 있다.
상기 촉매 전극(24)을 내표면에 형성하는 경우, 내표면에는 다른 코팅재를 적용하는 것이 좋다.
상기 촉매 전극(24)은 Ln1-XAXBO3조성이 바람직하고, 여기에서 상기 Ln은 란탄계열(lanthanide)의 이온 또는 이 이온들의 혼합을 의미하고, 상기 A는 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 붕소(B)이며, 상기 B는 크롬(Cr), 망간(Mn), 코말트(Co), 니켈(Ni)과 같은 하나 이상의 전이금속 이온을 의미한다.
또한, 상기 촉매 전극(24)은 상술한 충진단계에서의 값비싼 금속으로 구성될 수 있고, 또는 상기 값비싼 금속과 상기 촉매 전극 금속간의 혼합물로 구성할 수 있다.
또한, 상기 촉매 전극(24)은 세라믹 전해질과 상기 전극 조성물간의 혼합물로도 구성할 수 있다.
도 2d에 도시한 바와 같이, 전해질층(26)이 상기 촉매 전극(24)에 걸쳐서 조밀한(95% 이상의 이론적인 밀도)층으로 적용되어 형성되는 바, 상기 절연된 기반영역(14)과 직접적으로 접촉되도록 상기 촉매 전극(24)을 지나서까지 연장되어 형성된다.
바람직한 전해질 재료는 비전도성의 산화이트늄 안정 지르코니아(yttria stabilized zirconia), 첨가된 산화세륨 조성물(doped ceria composition), 비스무트 산화물(bismuth oxides), 전해질을 기반으로 한 란탄늄 갈산염(lanthanum gallate based electrolyte)을 포함한다.
상기 조밀한 전해질(26)과 상기 기반영역(14)간이 접촉되어야 함은 서로간에 발생되는 내부 및 외부 가스류가 절연되어야 하기 때문이다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 또 다른 촉매 전극(24)이 상기 관부 영역(12)의 전체 외표면을 덮으면서 상기 전해질(26)에 적용될 수 있다.
또한 도 2e에 도시한 바와 같이, 상술한 코팅 과정중에, 상기 홀(16,18)에 전도성 재료를 충진한 비아(via)(36,38)가 형성된다.
최종적으로, 튜브의 내표면과 인접한 튜브의 외표면이 이하 상세하게 설명되는 상기 기반영역의 전도성 비아(36,38)에 의하여 서로 전기적으로 접속 가능하게 되도록 다공성의 전도층(30)이 도 1에 도시한 바와 같이 상기 기반영역(14)상에 형성된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 다공성의 전도층(30)은 전체 촉매 전극(28)과 상기 기반영역(14)의 일부 영역을 덮게 된다.
상기 다공성의 전도층(30)은 상기 평면 기반영역(14)의 상부면에 수평적으로 연장되며 형성되고, 좌측튜브(12a)(미도시됨)와 우측튜브(12b)(미도시됨)상에도 형성되는 링(32a),(32b)과 일정 거리 수평으로 떨어진 위치에 링(32)이 형성된다.
상기 평면 기반영역(14)과 관부 영역(12)의 내표면에 증착되어진 상기 전도층(30)의 일부는 도 1에 도시한 바와 같이 L자 형상부(34)로 형성되고, 도 1에서 보듯이 관부영역(12)의 내표면과 비아(38)의 하단끝에 의하여 연결되어진다.
상기 튜브 즉, 관부 영역(12)의 우측에 위치된 튜브(12b)(미도시됨)는 비아(38)의 상단끝과 연결된 상기 링(32b)을 포함한다.
상기 관부 영역(12)은 비아(36)의 상단끝과 연결된 링(32)을 갖는다.
이러한 방식으로, 전기적인 연결이 인접된 튜브(12a,12b,12c)간에 이루어지게 된다.
튜브(12a)(미도시됨)의 L자 형상부(34)는 비아(36)의 하단끝과 연결된다.
요구되는 코팅의 적용을 위한 기술은 스프레잉(spraying)과 디핑(dipping), 플라즈마 디핑(plasma spraying), 증기 증착, 도금 방법과 같은 슬러리(slurry) 증착 방법을 포함한다.
인접한 관부 요소끼리 전기적으로 직렬의 연결이 되도록 한 상기 전도성의 비아(36,38)는 와이어 삽입 방식 또는 관통된 홀에 대한 도금 방법에 의하여 형성될 수 있다.
상기 코팅 방법을 선택하는데 중요한 고려사항은 각 층에 대한 필수적인 다공도 또는 다공도의 결핍등을 고려하고, 각 순차적인 코팅 단계에 직면하여 층이 각 과정에서 용이하게 보호되도록 하는데 있다.
연속적인 층을 증착할 경우, 몇 개의 서로 다른 코팅 방법을 사용하는 것이 상기 전기화학 장치(10)를 제조하는데 요구된다.
도 3은 상기 장치의 또 다른 구현예로서, 전체 지지구조체(316)는 전기적으로 절연되어 있고, 다공성이다.
상기 지지구조체(316)는 기반영역(320)에 의하여 연결되고 격자형 배열을 갖는 다수개의 튜브 부분(318)을 포함한다.
상기 기반영역(320)은 상단면이 평평한 상부면(338)으로 형성된 V-형상의 경사면(337,339)을 갖는 돌출부(332)를 포함한다.
본 발명의 제2구현예에 따른 박막 전기화학 장치(300)는 첨부한 도 3에 도시된 바와 같고, 박막 전기화학 장치의 제조 단계는 도 4a에서 도 4e에 도시된 바와 같다.
본 발명에 사용되어지는 관부 영역은 단일 세라믹 요소로 사출 성형되어 격자형의 배열을 갖을 수 있지만, 두 개의 관부 영역(318)만이 도시되어 있다.
제2구현예는 비아가 필요하지 않고, 세라믹 요소에 2차적인 기계가공 동작을 요구하지 않는 장점이 있다.
전기화학적 활성 재료가 이하 설명되는 다공성 지지체(116)의 내부 또는 외부에 적용되어진다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 마스크(336)가 표면(337),(338)에 위치된다.
다음으로, 상기 기반영역(320)의 제1측면(322)상에 다공성의 전도성 재료(332)를 형성하고, 상기 기반영역(320)의 제2측면(324)상에 다공성의 전도성 재료(334)를 형성하기 위하여, 다공성의 전도성 재료(120)가 상기 기반영역(316)의 상부표면(322),(324)상에 층(330)으로서 증착된다.
상기 제2다공성의 전도성 재료(334)는 표면(339),(324)를 덮는다.
상기 제1다공성의 전도성 재료(332)는 대부분의 표면(322)을 덮지만, 표면(339)으로부터 소정거리로 떨어져 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(336)가 표면(339)를 덮는 다공성의 전도성 재료의 일부까지 덮는 마스크(346)로 변경되어진다.
다음으로, 내부 전극 코팅이 각각 제1측면(322)과 제2측면(324)을 덮고 있는 전극(342),(344)을 형성하기 위하여, 층(340)으로 전도성 재료에 적용된다.
상기 전극(342)이 제1다공성 재료(334)의 끝단으로부터 안쪽으로 일정 간격 떨어져 엇갈린 층으로 형성된다.
도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(346)는 전해질 증착이 이루어지도록 표면(337)상에 감소된 마스크(346a)으로 변경된다.
마찬가지로, 상기 마스크(346a)는 전해질 증착이 이루어지도록 표면(339)상에서 감소된다.
상기 전극(342)을 덮는 부분은 전해질층(352)이고, 상기 전극(344)을 덮는 부분은 전해질 부분(354)이다. 전해질 부분(352)은 도 4c에 도시한 바와 같이 표면(337)을 따라 아래쪽으로 연장된다.
도 4d에 도시한 바와 같이, 일부가 덮여진 표면(337)이 보다 짧아지고 두꺼워지며, 전극(364)이 전극(344)과 접촉되지 않고, 전극(362)이 전극(342)과 접촉되지 않게 되도록 일부가 덮여진 제2다공성 전도성 재료를 덮고 있는 표면(339)이 보다 두꺼워지면서, 상기 마스크는 마스크(346b)로 변경되어진다.
다음으로, 각각 전해질층(352),(354)을 덮는 제1부분(362)과 제2부분(364)을 포함하는 층(360)을 형성할 수 있도록 두번째 전기-증착이 실행되어진다.
도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(346b)가 표면(338),(339)로부터 제거되고, 표면(339)에 걸쳐서 보다 두꺼워진다.
또 다른 다공성의 전도성 재료(120)의 층이 전극(360),(364)에 걸쳐서 적용됨으로써, 상기 두번째로 적용된 촉매 전극(360)과 두번째 기반 영역상에 다공성의 전도성 재료(334)가 서로 접속되어진다.
다음으로, 마스크(376)는 밀봉을 위하여 글래스 실(380)(도 3참조)로 대체되어진다.
상기 과정중, 다공성 지지구조체(316)의 남아 있는 부분은 기반영역(318)에 의하여 형성된 챔버가 밀봉되도록 조밀한 재료로 코팅 또는 채워지게 된다.
이러한 구현예를 위하여, 바람직한 재료의 선택과 코팅 적용 방법은 도 1에 도시한 바와 같이 상술한 구현예와 유사하다.
상기 기반 영역에 있어서, 전기적인 비아(via)가 마스킹(masking)과 박막 증착 기술에 의하여 형성된다.
상기 기반 영역에 밀봉 챔버의 형성은 글래스 또는 세라믹 슬러리와 같은 조밀한 절연성 재질을 이용하여 모듈러의 주변을 밀봉함으로써 달성될 수 있다.
이상에서 설명된 구성의 다른 구현예를 이용하여 달성될 수 있는 증가된 저기적 효율은 산소를 발생하는데 연료 전지의 적용에 유용하다.
세라믹 전해질을 가로지르는 산소 이송용으로 설계된 전기 효율이 박막과 성형된 벽면 산소 발생기 모듈러스용으로 나타내고 있다.(도 5 참조)
증가된 효율 이외에, 상기 박막 설계는 코팅재가 지지구조체의 외표면에 적용된 경우 모듈당 출력이 증가된 점과 모듈당 무게 감소등과 같은 장점을 제공한다.
상기 무게 감소는 이러한 기술을 이용하여 구현된 휴대용 장치의 질적 향상을 도모할 수 있고, 550-1000℃ 범위를 갖는 모듈러스의 작동온도에서 모듈러스를 가열하는데 필요한 시간을 감소시킬 수 있다.
센서와 연료 전지와 같은 또 다른 전기화학 장치에서는 성능 향상과 제안된 설계에 대한 비용절감등을 달성할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명가는 약 10μ- 100㎛의 전해질층 두께가 필요함을 결정하였고, 상술한 미국특허 5,871,624와 5,985,113의 구조 이상의 현격한 개선을 보였다.
전해질층의 두께를 10㎛이하로 감소시키는 시도를 해왔지만, 연속적인 층을 형성하는데 어려운 문제등 여러 문제를 발생시켰다.
10㎛이하의 전해질층 두께에서는, 값비싼 금속층의 시트 저항과 같은 저항과 산소 분자의 분산율이 전기 효율에 제한적인 요인이 된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 기술은 당분야의 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 이해될 것이다. 상술한 설명에 의거하여 통상의 지식을 가진 자는 상응하는 다양한 변화를 취할 수 있다. 따라서, 본 권리는 본 발명의 청구항과 이 청구항의 상응하는 내용을 모두 포함한다.

Claims (20)

  1. 박막 전기화학 장치를 제조하는 방법은:
    평면의 기반영역과 다수의 관부영역을 포함하는 근사정형단조(near net shape) 세라믹 요소를 성형하는 단계;
    조밀한 비전도성 재료를 상기 평면의 기반영역에 충진하는 단계;
    다공성의 잔도성 재료를 상기 각 관부영역에 충진하는 단계;
    음과 양의 표면중 하나가 형성되도록 상기 충진된 영역상에 다공성의 촉매 전극 재료를 적용하는 단계;
    상기 다공성의 촉매 전극 재료상에 세라믹 전해질 코팅재를 증착하는 단계;
    상기 증착된 세라믹 전해질 코팅재상에 다공성의 촉매 전극 재료를 적용하는 단계;
    상기 다공성의 촉매 전극상에 다공성의 전도성 재료를 증착하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 근사정형단조 세라믹 요소에 대한 결합제 제거와 소결 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성의 전도성 재료는 30-50%의 다공 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 관부영역중 하나에 증착된 다공성의 전도성 재료와, 인접된 상기 다른 관부영역의 충진영역이 전기적으로 연결되도록 전도성 비아를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 평면의 기반영역의 일부와 충진된 영역상에 다공성의 전도성 재료가 증착되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 관부영역중 하나에 형성된 충진된 영역과, 인접된 상기 다른 관부영역에 증착되어 있는 다공성의 전도성 재료가 전기적으로 연결되도록 전도성의 비아를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성의 촉매 전극 재료는 상기 각각의 관부영역의 외표면에 증착된 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  8. 박막 전기화학 장치의 제조하는 방법:
    평면의 기반영역과 다수의 관부영역을 포함하는 근사정형단조(near net shape) 세라믹 요소를 성형하는 단계;
    첫번째 기반영역과 두번째 기반영역이 형성되도록 상기 각 기반영역의 일부를 가리워주는 마스킹 단계;
    상기 다수의 관부영역과 상기 첫번째 및 두번째 기반영역상에 다공성의 전도성 재료를 증착하는 단계;
    음과 양의 표면중 하나가 형성되도록 상기 증착된 다공성의 전도성 재료상에 다공성의 촉매 전극 재료를 첫번째로 적용하는 단계;
    상기 적용된 촉매 전극상에 조밀한 세라믹 전해질을 증착하는 단계;
    음과 양의 표면중 또 다른 하나가 형성되도록 상기 증착된 세라믹 전해질상에 다공성의 촉매 전극 재료를 두번째로 적용하는 단계;
    상기 첫번째 기반영역에 걸쳐 적용된 두번째 촉매 전극과, 상기 두번째 기반영역상의 다공성 전도성 재료가 서로 전기적으로 연결되도록 상기 다공성 촉매 전극상에 다공성의 전도성 재료를 증착하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 방법은 상기 근사정형단조 세라믹 요소에 대한 결합제 제거와 소결 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 기반영역은 마스킹이 적용되어진 분리영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 두번째 기반영역상의 두번째 전극을 상기 두번째 기반영역상의 다공성 전도성 재료로부터 밀폐되도록 한 밀봉 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 두번째 기반영역상의 두번째 전극과, 상기 두번째 기반영역상의 다공성 전도성 재료사이의 마스킹을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 기반영역을 조밀한 비전도성 재료로 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치의 제조 방법.
  14. 박막 전기화학 장치는:
    평면의 기반영역과 다수의 관부영역을 포함하는 세라믹 지지구조체;
    상기 각각의 관부영역에 형성된 전기 전도성 영역;
    전기적으로 비전도성이고, 밀봉 차폐를 제공하는 상기 평면 영역;
    상기 각각의 관부영역의 표면상에 형성된 첫번째 촉매 전극층;
    상기 첫번째 촉매 전극층과 인접한 전해질층;
    상기 전해질층과 인접한 두번째 촉매 전극층;
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 세라믹 지지구조체는 알루미늄 산화물로 만들어진 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 전기 전도성 영역은 약 1/3이 전기 전도성 재료이고, 1/3이 다공이고, 1/3이 절연성 재료인 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 촉매 전극의 조성식은 Ln1-XAXBO3이고, 상기 Ln은 란탄계열(lanthanide)의 이온 또는 이 이온들의 혼합을 의미하고, 상기 A는 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 붕소(B)이며, 상기 B는 크롬(Cr), 망간(Mn), 코말트(Co), 니켈(Ni)과 같은 하나 이상의 전이금속 이온인 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 전해질층은 95%의 이론적인 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 평면 기반영역에는 다수개의 전기 전도성 비아가 형성된 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 전기 전도성 영역은 약 50㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 전기화학 장치.
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