KR20070019648A - Electrochemical devices and components thereof - Google Patents

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수레쉬 스리라무루
아난트 싱
요하네스 에이치 디즈센
드미트리 노비코브
에릭 칼슨
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티악스 엘엘씨
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Abstract

구리, 산화물 분산 강화 구리, 알루미늄, 티타늄 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속과, 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 다이보라이드, 하프늄 다이보라이드, 탄탈 다이보라이드, 티타늄 다이보라이드, 실리콘 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 강화재의 금속복합재를 사용하는 연결재(14)가 개시되어 있다. 상기 연결재는 전기화학기기(1)의 성분으로 사용될 수 있다. 상기 연결재(14)는 전기화학기기의 성분 또는 접합체의 열팽창계수 10% 이내에 있는 열팽창계수를 가질 수 있다.At least one metal selected from the group consisting of copper, oxide dispersion strengthened copper, aluminum, titanium and alloys thereof, carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium diboride, hafnium Connecting material using a metal composite of at least one reinforcing material selected from the group consisting of diboride, tantalum diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminosilicate, silicon nitride and aluminum nitride Is disclosed. The connecting material may be used as a component of the electrochemical device 1. The connecting member 14 may have a coefficient of thermal expansion within 10% of the coefficient of thermal expansion of the component or the assembly of the electrochemical device.

Description

전기화학기기 및 그 성분{ELECTROCHEMICAL DEVICES AND COMPONENTS THEREOF}ELECTROCHEMICAL EQUIPMENT AND THE COMPONENTS {ELECTROCHEMICAL DEVICES AND COMPONENTS THEREOF}

본 발명은 전기화학기기, 보다 구체적으로는 금속복합재를 포함하는 연결재 성분을 갖는 연료전지 등의 전기화학기기에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical device, and more particularly to an electrochemical device such as a fuel cell having a connecting material component including a metal composite material.

연료전지 등의 전기화학기기는 화학에너지를 전기에너지로 전환시킬 수 있다. 전환은 수소, 탄화수소 또는 개질된 탄화수소 등의 연료의 제어된 산화에 관련된다. 연료전지 접합체는 1개 또는 바람직하게는 복수개의 적층된 셀을 포함할 수 있다. 연료전지는 전해질로 애노드 및 캐소드를 격리시킬 수 있다. 연료전지는 1개 이상의 연결재를 함유할 수 있다. 접합체로 전극과 전해질을 배열할 수 있다. 이러한 접합체는 전극-전해질 접합체(EEA), 일반적으로는 고체 산화물 연료전지, 양극 전해질 음극(PEN), 및 막 전극 접합체(MEA)로 칭한다.Electrochemical devices such as fuel cells can convert chemical energy into electrical energy. The conversion involves controlled oxidation of fuels such as hydrogen, hydrocarbons or modified hydrocarbons. The fuel cell assembly may comprise one or preferably a plurality of stacked cells. The fuel cell can isolate the anode and cathode with an electrolyte. The fuel cell may contain one or more connecting materials. Electrodes and electrolytes can be arranged in a conjugate. Such a conjugate is referred to as an electrode-electrolyte assembly (EEA), generally a solid oxide fuel cell, a cathode electrolyte cathode (PEN), and a membrane electrode assembly (MEA).

특히, 이러한 전기화학기기의 성분, 특히 연결재 재료를 개발하기 위한 시도로 다양한 접근방법을 취하고 있다. 하나의 접근방법은 세라믹 재료를 함유한 연결재에 관한 것이고, 다른 접근방법은 금속 재료를 함유한 연결재에 관한 것이다. 금속복합재를 이용한 약간의 노력이 시도되고 있다.In particular, various approaches have been taken in attempts to develop components of these electrochemical devices, in particular connecting material. One approach relates to connecting materials containing ceramic materials and the other approach relates to connecting materials containing metallic materials. Some efforts have been made using metal composites.

Yoshimura 등의 미국특허 제5,279,906호에서는 고체 산화물 연료전지의 연결재가 개시되어 있다. 상기 연결재는 혼합물의 50~85중량%의 양으로 세라믹 산화물 과 니켈 및 크롬을 주성분으로 하는 합금의 혼합물로 이루어진다.US Patent No. 5,279,906 to Yoshimura et al. Discloses a connecting material for a solid oxide fuel cell. The connecting material consists of a mixture of a ceramic oxide and an alloy mainly composed of nickel and chromium in an amount of 50 to 85% by weight of the mixture.

Minh 등의 미국특허 제5,356,730호에서는 모놀리식 연료전지가 개시되어 있다. 연결재층 조성물은 (i)약1500℃ 미만의 온도에서 산화 분위기 중에서 소결될 수 있는 도전체와 세라믹 기본 물질의 혼합물, (ii)란타늄 크롬계 세라믹과 이트륨 크롬계 세라믹의 혼합물 또는(iii)w가 약0.9~1.1이고, x는 약0.1~0.3이고, y는 약0.001~0.1이고, z는 약0.1~0.3이고, v는 약1~1.2인 Yw-x-yCaxZryCrv-zZnzO3의 이트륨 크롬계 세라믹을 들 수 있다.US Patent No. 5,356,730 to Minh et al. Discloses a monolithic fuel cell. The interconnect layer composition comprises (i) a mixture of conductor and ceramic base material that can be sintered in an oxidizing atmosphere at temperatures below about 1500 ° C., (ii) a mixture of lanthanum chromium-based ceramics and yttrium chromium-based ceramics, or (iii) w About 0.9 to 1.1, x is about 0.1 to 0.3, y is about 0.001 to 0.1, z is about 0.1 to 0.3, and v is about 1 to 1.2 of Y wxy Ca x Zr y Cr vz Zn z O 3 Yttrium chromium-based ceramics may be mentioned.

Lessing의 미국특허 제5,496,655호에서는 연료전지에 사용하는 촉매인 양극성 연결재 플레이트가 개시되어 있다. 플레이트는 금속간 조성물로부터 제작되고, 그 예는 세라믹 충전재를 갖는 NiAl 또는 Ni3Al를 들 수 있다.Lessing's US Pat. No. 5,496,655 discloses a bipolar connector plate which is a catalyst for use in fuel cells. The plate is made from an intermetallic composition, examples of which include NiAl or Ni 3 Al with ceramic fillers.

Fasano 등의 미국특허 제6,051,330호에서는 바이어스와 복합 연결재를 갖는 고체 산화물 연료전지가 개시되어 있다. 상기 연결재는 부분적으로 안정한 정방정 지르코니아를 포함하는 도성합금 및 산화 환원 조건에 내성이 있는 초합금으로 이루어진다. US Patent No. 6,051,330 to Fasano et al. Discloses a solid oxide fuel cell having a bias and a composite interconnect. The connecting material consists of a conductive alloy containing partially stable tetragonal zirconia and a superalloy resistant to redox conditions.

그러나, 관련기술은 본 발명의 기기 및 방법의 이점 및 특성, 및 그 성분을 얻지 못했다.However, the related art has not gained the advantages and characteristics of the devices and methods of the present invention, and the components thereof.

하나 이상의 실시형태에 따르면, 본 발명은 전기화학기기에 관한 것이다. 기기는 전극-전해질 접합체와 그 전극-전해질 접합체에 접촉하는 연결재를 포함한다. 상기 연결재는 구리, 산화물 분산 강화 구리, 알루미늄, 티타늄 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속과, 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 다이보라이드, 하프늄 다이보라이드, 탄탈 다이보라이드, 티타늄 다이보라이드, 실리콘 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 강화재의 금속복합재를 포함한다.According to one or more embodiments, the present invention relates to an electrochemical device. The device includes an electrode-electrolyte assembly and a connecting material in contact with the electrode-electrolyte assembly. The connecting material is at least one metal selected from the group consisting of copper, oxide dispersion strengthened copper, aluminum, titanium and alloys thereof, and carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium dibo At least one metal composite material of at least one reinforcing material selected from the group consisting of: lide, hafnium diboride, tantalum diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminosilicate, silicon nitride, aluminum nitride and mixtures thereof Include.

하나 이상에 실시형태에 따르면, 본 발명은 전기화학기기에 관한 것이다. 전기화학기기는 금속복합재 및 상기 금속복합재에 접촉하는 전극-전해질 접합체를 포함한다. 상기 금속복합재는 열팽창계수가 약6×10-6~14×10-6/℃이고 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 약10% 이내이다.According to one or more embodiments, the present invention relates to an electrochemical device. The electrochemical device includes a metal composite and an electrode-electrolyte assembly in contact with the metal composite. The metal composite material has a coefficient of thermal expansion of about 6 × 10 −6 to 14 × 10 −6 / ° C. and is within about 10% of the coefficient of thermal expansion of the electrode-electrolyte assembly.

하나 이상의 실시형태에 따르면, 본 발명은 전기에너지를 발생시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 구리, 산화물 분산 강화 구리, 알루미늄, 티타늄 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속과, 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 다이보라이드, 하프늄 다이보라이드, 탄탈 다이보라이드, 티타늄 다이보라이드, 실리콘 디옥시드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 강화재의 금속복합재를 포함하는 연료전지에 연료 및 산화제를 제공하는 단계를 포함한다.According to one or more embodiments, the present invention relates to a method of generating electrical energy. This method comprises one or more metals selected from the group consisting of copper, oxide dispersion strengthened copper, aluminum, titanium and alloys thereof, carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium dibo Metal composites of at least one reinforcing material selected from the group consisting of: rides, hafnium diborides, tantalum diborides, titanium diborides, silicon dioxides, aluminum oxides, aluminosilicates, silicon nitrides, aluminum nitrides and mixtures thereof Providing a fuel and an oxidant to a fuel cell comprising a.

하나 이상의 실시형태에 따르면, 본 발명은 전력 발생을 용이하게 하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 전극-전해질 접합체 및 상기 전극-전해질 접합체의 표면에 접촉하도록 설치된 연결재를 포함하는 연료전지를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 연결재는 구리 또는 구리합금과, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 및 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 세라믹의 금속복합재를 포함한다.According to one or more embodiments, the present invention relates to a method for facilitating power generation. The method includes providing a fuel cell comprising an electrode-electrolyte assembly and a connector installed to contact the surface of the electrode-electrolyte assembly, the connector comprising copper or a copper alloy, silicon carbide, boron carbide, and aluminum. Metal composites of ceramics selected from the group consisting of oxides.

하나 이상의 실시형태에 따르면, 본 발명은 연료전지의 제작방법에 관한 것이다. 이 방법은 전극-전해질 접합체를 제공하는 단계, 상기 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 약10% 이내인 열팽창계수를 갖는 금속복합재를 포함하는 연결재를 제공하는 단계를 포함한다. According to one or more embodiments, the present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell. The method includes providing an electrode-electrolyte assembly and providing a coupling material comprising a metal composite having a coefficient of thermal expansion within about 10% of the coefficient of thermal expansion of the electrode-electrolyte assembly.

본 발명은 하기 설명이나 도면설명에 기재된 성분의 배합 및 구조의 세부사항에 대한 적용으로 한정되지 않는다. 본 발명은 다른 실시형태 및 각종 방법으로 실행하고 실시할 수 있다. 또한, 여기에서 사용된 표현 및 용어는 설명하기 위한 것으로, 제한하는 것은 아니다. "포함", "구성", "함유", "내포" 및 그 외의 사용은 이하 열거된 항목을 포함하고 및 추가 항목 이외에도 동일하다.The invention is not limited to the application to the details of the formulation and structure of the components described in the following description or the drawings. The present invention can be implemented and practiced in other embodiments and in various ways. Also, the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and not of limitation. "Include", "constitution", "containing", "containment", and other uses include the items listed below and are the same in addition to the additional items.

하나 이상의 실시형태에 따르면, 본 발명은 전기화학기기 또는 스택 또는 전기화학기기의 접합체에 관한 것이다. 본 발명의 전기화학기기는 통상 화학에너지를 전기에너지로 직접 전환할 수 있는 연료전지이어도 좋다. 연료전지는 용융 탄산염 연료전지(통상, MCFC로 칭함), 고체 산화물 연료전지(통상, SOFC로 칭함) 또는 양성자 전도성 세라믹 전해질을 사용하는 것이어도 좋다. 전기화학기기는 전기분해 기기 또는 전기화학 가스분리기기이어도 좋다. 본 발명의 전기화학기기는 통상 약200℃~900℃의 온도범위에서 작동한다.According to one or more embodiments, the present invention relates to an electrochemical device or a stack or conjugate of electrochemical devices. The electrochemical device of the present invention may generally be a fuel cell capable of converting chemical energy directly into electrical energy. The fuel cell may be a molten carbonate fuel cell (commonly referred to as MCFC), a solid oxide fuel cell (commonly referred to as SOFC), or a proton conductive ceramic electrolyte. The electrochemical device may be an electrolysis device or an electrochemical gas separation device. The electrochemical device of the present invention usually operates in a temperature range of about 200 ℃ to 900 ℃.

하나 이상의 실시형태에 의하면, 본 발명은 본 발명의 하나 이상의 전기화학기기를 사용한 전기에너지를 발생시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 하나 이상의 전기화학기기에 연료 및 산화제를 제공하는 단계를 포함하고, 바람직하게는 하나 이상의 전기화학기기는 금속복합재를 포함한다.In accordance with one or more embodiments, the present invention relates to a method of generating electrical energy using one or more electrochemical devices of the present invention. The method includes providing fuel and oxidant to at least one electrochemical device, preferably at least one electrochemical device comprises a metal composite.

본 발명의 몇몇 실시형태에 따르면, 도1에 나타낸 실례로 양극성 평면 스택(1)은 복수개의 전기화학기기 또는 연료전지(10)를 포함한다. 스택(1)인 하나 이상의 연료전지(10)는 전극-전해질 접합체(EEA)(12) 및 EEA(12)에 통상 전기적으로, 열적으로 및/또는 구조적으로 접촉되어 있는 연결재(14)를 포함할 수 있다. EEA(12)는 통상 애노드(18) 및 캐소드(20)에 전기적 및 이온 접촉되어 설치된 전해질(16)을 포함한다.According to some embodiments of the invention, in the example shown in FIG. 1, the bipolar planar stack 1 comprises a plurality of electrochemical devices or fuel cells 10. One or more fuel cells 10, which are a stack 1, may include an electrode-electrolyte assembly (EEA) 12 and a connector 14 that is typically in electrical, thermal and / or structural contact with the EEA 12. Can be. The EEA 12 typically includes an electrolyte 16 installed in electrical and ionic contact with the anode 18 and the cathode 20.

연결제(14)에는 통상 채널(22)에 의해 EEA(12)에서 반응하기 위해 연료 또는 산화제를 촉진시키거나 보내는 등의 특징을 포함한다. 연결재(14)는 전기화학기기(10)의 조작중에 전류 집전체로 제공하여 발생된 전기에너지를 로드(도시안됨)로 제공하거나 보낼 수 있다. 이 경우에, 연결재(14)는 EEA(12)를 갖는 계면(22)에 인접한 표면에 설치된 피복(도시안됨)을 가질 수 있다. 하층 또는 중간층(도시안됨)은 피복과 연결재의 표면사이에 사용될 수 있다.The linker 14 typically includes features such as promoting or sending fuel or oxidant to react in the EEA 12 by the channel 22. The connecting member 14 may provide or send electrical energy generated by a current collector to a load (not shown) during operation of the electrochemical device 10. In this case, the connecting member 14 may have a sheath (not shown) installed on the surface adjacent to the interface 22 having the EEA 12. Lower or intermediate layers (not shown) may be used between the coating and the surface of the connecting material.

연결재는 통상 실온에서 그 형상에 대해, 또는 초기 개시 또는 초기 작동 중일 때, 예를 들면 적어도 약5,000시간, 일부 경우에 적어도 약40,000시간, 다른 경우에 적어도 약80,000 시간인 사용수명동안 열기계적으로 안정하다. 연결재는 화학적으로 안정하고 적어도 작업환경에서 부분적으로 내부식성을 갖는다. 연결재는 수용가능한, 바람직하게는 무시할 수 있는 크리프를 제공하면서 전기화학기기의 전기전도성, 열전도성을 갖고 연료, 산화제 및 물 등의 화학 반응물 및/또는 제품에 침투되지 않는, 재료 또는 재료의 혼합물 또는 합금, 바람직하게는 비금속간재료를 포함한다. 통상, 상기 연결재는 작동조건을 통해 전기화학기기의 성분 또는 접합체 중에서 또는 그 작동조건을 통해 적어도 일부분의 적어도 70%, 일부 경우에 적어도 약80%, 다른 경우에 적어도 약90%, 및 더욱 다른 경우에 적어도 약97.5%이거나 거의 동일한 열팽창계수(CTE)를 제공하는, 재료, 재료의 혼합물, 합금 및/또는 복합재를 포함한다. 또한, 연결재는 전기화학기기의 성분 또는 접합체의 CTE의 약 20%이내이고, 통상 약10%이내, 바람직하게는 약10%이내, 보다 바람직하게는 2.5%이내인 CTE를 가질 수 있다. 하나 이상의 바람직한 실시형태에 따르면, 연결재는 약0℃, 또는 더욱 약-40℃에서 약900℃의 온도범위, 통상 200℃에서 약900℃의 온도범위에서 전기저항이 약30밀리옴-cm미만, 일부 경우에, 약20밀리옴-cm미만, 다른 경우에 약10밀리옴-cm미만, 더욱 다른 경우에 약5밀리옴-cm미만의 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 더욱 실시형태에 따르면, 연결재는 스틸, 니켈합금 및/또는 초합금 보다 낮은 밀도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 연결재는 전기화학기기 또는 그 성분내에서 열구배의 가능성 또는 중요성을 저하시키는 고열 전도성을 갖는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연결재는 열전도성이 적어도 약50W/m·K, 일부 경우에 적어도 약100W/m·K, 다른 경우에 적어도 약125W/m·K, 더욱 다른 경우에 적어도 150W/m·K, 바람직하게는 200W/m·K, 보다 바람직하게는 220W/m·K이다.The connecting material is thermomechanically stable for its shape, typically at room temperature, or during its service life, for example at least about 5,000 hours, in some cases at least about 40,000 hours, in other cases at least about 80,000 hours, during initial startup or initial operation. Do. The connector is chemically stable and at least partially corrosion resistant in the working environment. The linking material is a material or mixture of materials, which provides an acceptable, preferably negligible creep, and which is electrically conductive, thermally conductive and does not penetrate chemical reactants and / or products, such as fuels, oxidants and water, or Alloys, preferably non-intermetallic materials. Typically, the linking material is at least 70%, at least in some cases at least about 80%, in other cases at least about 90%, and even other cases of at least a portion of the components or conjugates of the electrochemical device through the operating conditions or through the operating conditions thereof. Materials, mixtures of materials, alloys and / or composites that provide a coefficient of thermal expansion (CTE) of at least about 97.5% or about the same. In addition, the linker may have a CTE that is within about 20% of the CTE of the component or conjugate of the electrochemical device, usually within about 10%, preferably within about 10%, more preferably within 2.5%. According to one or more preferred embodiments, the connecting material has an electrical resistance of less than about 30 milliohms-cm in a temperature range of about 0 ° C., or more about-40 ° C. to about 900 ° C., typically between 200 ° C. and about 900 ° C., In some cases, it may include one or more materials of less than about 20 milliohms-cm, in other cases less than about 10 milliohms-cm, and in other cases less than about 5 milliohms-cm. According to a further embodiment, the connecting material may comprise a material having a lower density than steel, nickel alloys and / or superalloys. The linking material may comprise one or more materials having high thermal conductivity that reduce the likelihood or importance of thermal gradients in the electrochemical device or components thereof. For example, the connecting member may have a thermal conductivity of at least about 50 W / mK, in some cases at least about 100 W / mK, in other cases at least about 125 W / mK, in other cases at least 150 W / mK, Preferably it is 200W / m * K, More preferably, it is 220W / m * K.

연결재의 물질 조성은 매치하는, 예를 들면 수용가능한 또는 소정의 편차 또는 허용오차내에서 있는 온도에 대한 CTE 프로파일, 전기화학기기의 성분 또는 접합체의 CTE 프로파일을 갖거나 매치하는 것이 선택될 수 있다. 물질 조성은 상대운동을 동일하게 저하시키거나 더욱 제거하고, 상대운동에 관련된 또는 상대운동의 결과로 어떤 결함을 저감시킬 수 있는 인접한 성분 사이에 관련된 이동을 저하시킴으로써 선택할 수 있다. 이와같이, 연결재의 물질 조성은 조작 및/또는 그 순환중에 전기화학기기에 성분사이에 어떤 압력 또는 관련된 변형품을 줄이거나 더욱 제거시키는 것을 선택할 수 있다.The material composition of the linker may be chosen to match or have a matching CTE profile, temperature component of the electrochemical device, or CTE profile of the conjugate, for example to an acceptable or within a predetermined deviation or tolerance. The material composition can be selected by equally lowering or further eliminating relative motion, and by lowering the relative motion between adjacent components that may be related to or relative to the relative motion and which may reduce certain defects as a result of relative motion. As such, the material composition of the linker may choose to reduce or further eliminate any pressure or related modifications between components in the electrochemical device during operation and / or circulation thereof.

연결재의 재료를 연결재 재료의 성분의 목표 CTE를 확인하고, 상대적인 양을 기재하여 명확하게 하고 선택할 수 있다. 본 발명의 복합재 재료의 CTE를 예상하는 것은, 예를 들면 혼합물의 법칙 및 Schapery, Kerner 및 Turner(예를 들면, R. A. Schapery, "Thermal expansion coefficients of composite materials based on energy principles", Journal of Composite Materials, 2, 380-404(1968)참조)에 의해 진척된 것을 토대로한 모델을 포함하는 적당한 모델을 사용함으로써 실시할 수 있다. 혼합물 모델의 법칙은 2상은 기본적으로 상호작용을 하지 않는다는 가정에 따른다. Turner's 모델은 2상은 동일한 국부적인 체적변형이 될 수 있다는 것을 가정한다. 하부 Schapery 및 상부 Schapery(Kerner)모델은 탄성에너지 원리를 토대로 한다. Kerner 모델은 2상이 탄력적으로 변형될 때 격리된 입자가 인접하는 매트릭스로 둘러쌓이는 경우 복합작용을 얻을 수 있다. 본 발명의 재료의 조성은 이들 모델을 사용하여 목표 또는 소망의 CTE를 갖는 복합재료를 얻음으로써 유도될 수 있다. 예를 들면, 도2A-2C를 참조하여, 목표 CTE가 약 14×10-6/℃인 본 발명의 Cu/SiC 복합재의 조성은 구리는 약65~80부피%의 범위와 실리콘 카바이드는 약20~35부피%의 범위에 있고(도2A); 마찬가지로 본 발명의 Cu/B4C 복합재는 구리가 약65~80부피%의 범위와 보론 카바이드가 약20~35부피%의 범위에 있고, 본 발명의 Cu/Al2O3는 구리가 약55~75부피%의 범위, 알루미늄 옥사이드 약25~45부피%(도2C)의 범위에 있다.The material of the connecting material can be identified and selected by identifying the target CTE of the components of the connecting material, describing the relative amounts. Estimating the CTE of the composite material of the present invention includes, for example, the laws of the mixture and Schapery, Kerner and Turner (see, for example, RA Schapery, "Thermal expansion coefficients of composite materials based on energy principles", Journal of Composite Materials, 2, 380-404 (1968), by using a suitable model, including a model based on progress. The law of the mixture model is based on the assumption that two phases do not interact basically. Turner's model assumes that phase 2 can be the same local volumetric deformation. Lower and upper chapery (Kerner) models are based on elastic energy principles. The Kerner model achieves a complex action when segregated particles are surrounded by adjacent matrices when the two phases are elastically deformed. The composition of the material of the present invention can be derived by using these models to obtain a composite having a target or desired CTE. For example, referring to Figures 2A-2C, the composition of the Cu / SiC composites of the present invention having a target CTE of about 14x10 -6 / ° C ranges from about 65 to 80% by volume of copper and about 20% of silicon carbide. In the range of ˜35 volume percent (FIG. 2A); Similarly, the Cu / B 4 C composite of the present invention has copper in the range of about 65 to 80% by volume and boron carbide in the range of about 20 to 35% by volume, and Cu / Al 2 O 3 of the present invention has about 55% of copper. It is in the range of -75% by volume and about 25-45% by volume of aluminum oxide (Figure 2C).

연결재는 적어도 하나의 연속상, 통상은 금속이고 강화상은 통상 세라믹 또는 금속의 금속복합재를 포함할 수 있다. 강화상은 연속적이거나 불연속적이어도 좋다. 금속은 구리, 알루미늄, 티타늄 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 경우에, 금속은 산화물 분산 강화 유리 등의 강화금속이어도 좋지만, 이들로 제한되지 않는다. 강화상은 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 다이보라이드, 하프늄 다이보라이드, 탄탈 다이보라이드, 티타늄 다이보라이드, 실리콘 디옥시드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 경우에, 연결재 재료는 도전성 함유물 또는 바이어스를 갖는 세라믹, 통상 금속을 포함하는 것과 구별할 수 있는 금속/세라믹 복합재인 것을 특징으로 하고, 후자에서의 도전성 함유물은 열-기계적 기능을 갖지 않는다. 세라믹 보호막을 갖는 금속 연결재는 벌크기판에 전기적, 화학적, 열적 및/또는 기계적 등의 목표 물성을 얻는데 조성을 일치시킬 수 없기 때문에, 본 발명의 금속/세라믹 복합재와 구별될 수 있다.The connecting material is at least one continuous phase, usually a metal, and the reinforcement phase may typically comprise a ceramic or metal composite of the metal. The reinforcement phase may be continuous or discontinuous. The metal may be selected from the group consisting of copper, aluminum, titanium and alloys thereof. In some cases, the metal may be a tempered metal, such as an oxide dispersed tempered glass, but is not limited thereto. Reinforcement phases are carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium diboride, hafnium diboride, tantalum diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminium No silicate, silicon nitride, aluminum nitride and mixtures thereof. In some cases, the linker material is characterized by a metal / ceramic composite distinguishable from those containing ceramics, usually metals, with conductive inclusions or vias, the latter containing no thermo-mechanical functions. . The metal connecting material having the ceramic protective film can be distinguished from the metal / ceramic composite of the present invention because the composition cannot be matched in obtaining the target physical properties such as electrical, chemical, thermal and / or mechanical properties of the bulk substrate.

본 발명의 더욱 실시형태에 따르면, 조성의 재료는 기하학적 배열에 대해서 다양할 수 있다. 예를 들면, 금속 또는 금속합금 연속상에 분산된 강화 세라믹 재료의 양은 연결재 표면으로부터 거리의 관계에 따라 다양할 수 있다. 이와같이, 연결재는 금속복합재에 연결재의 중심을 향해 세라믹 성분 밀도를 증가 또는 더욱 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 외부끝에서 중심으로의 거리에 대해 다양한 세라믹 성분의 밀도를 가져도 좋다. 예를 들면, 연결재는 연결재의 중심을 향하는 영역에 대해 보다 높은 세라믹 성분을 가질 수 있다. 점진적인 변화, 예를 들면 세라믹 성분 기여를 제공하는 경우에 변화는 연속적이고, 단계적 또는 점진적 변화를 제공하는 경우에는 불연속일 수 있다.According to a further embodiment of the invention, the material of the composition may vary with respect to the geometric arrangement. For example, the amount of reinforced ceramic material dispersed in a metal or metal alloy continuous phase may vary depending on the relationship of distance from the surface of the connecting material. As such, the linker can increase or further reduce the ceramic component density toward the center of the linker in the metal composite. Similarly, it may have a density of various ceramic components with respect to the distance from the outer end to the center. For example, the connecting material may have a higher ceramic component for the area facing the center of the connecting material. Changes may be continuous in the case of providing gradual changes, eg ceramic component contributions, and discontinuous in the case of providing stepwise or gradual changes.

본 발명의 더욱 실시형태에 따르면, 연결재는 제1금속, 제2금속 및 그 합금을 사용할 수 있다. 예를 들면, 연결재는 실질적으로 제1영역에 제1금속, 예를 들면 그 외부끝을 따라서, 제2영역에 제2금속, 예를 들면, 그 중심, 및 제1영역과 제2영역 사이에 제1 및 제2금속의 합금을 가질 수 있다.According to further embodiment of this invention, a connection material can use a 1st metal, a 2nd metal, and its alloy. For example, the connecting material may be substantially along the first metal in the first region, for example along its outer end, in the second region in the second metal, for example its center, and between the first region and the second region. It may have an alloy of the first and the second metal.

본 발명의 더욱 실시형태에 따르면, 연결재는 다수 형태의 세라믹 성분, 다수의 기하적인 배열, 다수의 금속 성분 또는 그 조합을 갖는 한 형태 이상의 세라믹 성분을 포함할 수 있다. 이와 같이, 예를 들면 연결재는 외부끝의 영역을 따라 또는 그 내에 제1금속 또는 제1금속 성분을 갖는 금속 합금, 중심 또는 중삼 영역에 제2금속 또는 제2세라믹 성분을 갖는 금속 합금을 가질 수 있다. 마찬가지로, 연결재는 외부끝을 따라서 또는 근처에 제1세라믹 성분, 통상의 금속 또는 금속합금을 갖고 그 중심 영역에 제2세라믹 성분을 가질 수 있다.According to a further embodiment of the present invention, the connecting material may comprise one or more types of ceramic components having a plurality of types of ceramic components, a plurality of geometric arrangements, a plurality of metal components or a combination thereof. As such, for example, the connecting member may have a metal alloy having a first metal or first metal component along or in the region of the outer end, or a metal alloy having a second metal or second ceramic component in the center or middle third region. have. Likewise, the connecting member may have a first ceramic component, a conventional metal or a metal alloy along or near the outer end and have a second ceramic component in its central region.

일부 실시형태에 따르면, 본 발명의 금속복합재는 구리 또는 구리합금 약20~80부피% 및 실리콘 카바이드 약20~80부피%, 일부 경우에 구리 약40~60부피% 및 실리콘 카바이드 약40~60부피%, 다른 경우에 구리 약45부피% 및 실리콘 카바이드 약55부피%이다. 다른 실시형태에 따르면, 본 발명의 금속복합재는 구리 또는 구리합금 20~80부피% 및 보론 카바이드 20~80부피%, 일부 경우에 구리 45부피% 및 보론 카바이드 약55부피%를 포함한다. 더욱 더 실시형태에 따르면, 본 발명의 금속복합재는 구리 또는 구리합금 20~80부피% 및 알루미늄 옥사이드 약20~80부피%를 포함할 수 있다.According to some embodiments, the metal composite of the present invention comprises about 20-80% by volume copper or copper alloy and about 20-80% by volume silicon carbide, in some cases about 40-60% copper and about 40-60% silicon carbide. %, In other cases about 45% copper and about 55% silicon carbide. According to another embodiment, the metal composite of the present invention comprises 20 to 80% by volume copper or copper alloy and 20 to 80% by volume boron carbide, in some cases 45% by volume copper and about 55% by volume boron carbide. According to a still further embodiment, the metal composite of the present invention may comprise 20 to 80% by volume of copper or copper alloy and about 20 to 80% by volume of aluminum oxide.

본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시형태를 따르면, 연결재는 구리 약30~80부피%/실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 또는 알루미나 약20~70부피%를 포함한다. 구리는 실질적으로 순수구리, 산화물 분산 강화 구리, 산소를 갖지 않는 고전도성 구리 또는 구리 합금, 예를 들면 Cu-Ni, Cu-Si 및 Cu-Fe합금을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 강화재, 예를 들면 실리콘 카바이드, 보론 카바이드 및/또는 알루미나는 입자, 집합체, 집적체, 연속 및/또는 불연속 섬유, 고분자 구조, 나노튜브 또는 그 조합으로 존재할 수 있다. 또한, 강화재는 적당한 또는 소망의 크기를 가질 수 있다. 예를 들면 입자는 약1㎛ 미만, 또는 더욱 약10㎛ 미만의 가장 큰 크기를 가질 수 있고, 다른 경우에 입자는 약40~60㎛, 더욱 다른 경우에 약100㎛의 크기를 갖는다. 또한, 입자는 다양한 크기구배를 갖고, 예를 들면 입자 크기 구배는 폴리모달, 예를 들면, 바이모달, 트리모달 또는 4이상의 모달일 수 있고, 여기에서, 입자크기의 통계적인 구배는 특정 피크를 특징으로 할 수 있다.According to one or more preferred embodiments of the present invention, the linker comprises about 30-80 volume percent copper / silicon carbide, boron carbide, or about 20-70 volume percent alumina. Copper includes, but is not limited to, substantially pure copper, oxide dispersed strengthening copper, highly conductive copper or copper alloys free of oxygen, such as Cu—Ni, Cu—Si, and Cu—Fe alloys. Reinforcing materials such as silicon carbide, boron carbide and / or alumina may be present in particles, aggregates, aggregates, continuous and / or discontinuous fibers, polymeric structures, nanotubes or combinations thereof. In addition, the reinforcement may have a suitable or desired size. For example, the particles may have a largest size of less than about 1 μm, or even less than about 10 μm, and in other cases the particles have a size of about 40-60 μm, and in other cases about 100 μm. In addition, the particles may have a variety of size gradients, for example the particle size gradient may be polymodal, such as bimodal, trimodal or modal of 4 or more, wherein the statistical gradient of particle size is determined by a particular peak. It can be characterized.

본 발명은 SOFC의 EEA 등의 전기화학기기의 성분 또는 접합체와 수용가능한 허용오차내의 차를 갖도록, 열팽창계수를 매치하면서 고열전도도를 갖는 재료를 나타낸다. 이와같이, 예를 들면, 본 발명의 재료는 EEA의 CTE를 매치시켜서 약9.5×10-6/℃~12.5×10-6/℃의 범위에서 있는 CTE를 갖는 연결재로 사용할 수 있다. 일부 경우에, 상기 재료는 연료전지에서 사용되는 조성물의 종래의 재료에 비해 고전도성을 가질 수 있다. 표1에 표시된 것처럼, 본 발명의 대표적인 금속복합재(다른 조성을 갖는 Cu/SiC)는 우수한 열전도도를 갖는다. 이와같이, 예를 들면 Cu/SiC 복합재의 CTE는 구리의 양과 실리콘 카바이드의 양을 선택하여 소망의 범위내에 있도록 매치시킬 수 있다.The present invention shows a material having a high thermal conductivity while matching a coefficient of thermal expansion so as to have a difference within an acceptable tolerance with a component or a conjugate of an electrochemical device such as an EEA of SOFC. Thus, for example, the material of the invention can be used in consolidated having a CTE in the range of about 9.5 × 10 -6 /℃~12.5×10 -6 / ℃ by matching the CTE of the EEA. In some cases, the material may have high conductivity compared to conventional materials of the compositions used in fuel cells. As shown in Table 1, the representative metal composites (Cu / SiC having different compositions) of the present invention have excellent thermal conductivity. As such, for example, the CTE of a Cu / SiC composite can be selected to match the amount of copper and the amount of silicon carbide to be within the desired range.

표1. 통상의 연결재 재료의 물성의 고찰 및 물성의 예상범위(E-우수함, M-적당함, P-나쁨)Table 1. Consideration of physical properties and expected range of physical properties of common connecting materials (E-excellent, M-suitable, P-bad)

재료material CTE ×10-6/℃CTE × 10 -6 / ℃ 전기저항 μohm-cmElectrical resistance μohm-cm 열전도도 W/m·KThermal Conductivity W / mK La0.8Ca0.2CrO3 La0.7Sr0.3CrO3 La 0.8 Ca 0.2 CrO 3 La 0.7 Sr 0.3 CrO 3 E 9.5-10.5E 9.5-10.5 M 40-60M 40-60 P 2-4P 2-4 Ni 초합금Ni superalloy P 14-19P 14-19 E 100-130E 100-130 M 17-30M 17-30 페라이트 강철Ferrite steel M 11.5-14.5M 11.5-14.5 E 60-120E 60-120 M 20-40M 20-40 고CrODS 합금High CrODS Alloy E 11-12.5E 11-12.5 E ~30E ~ 30 M ~40M to 40 Cu/SiC 복합재 (구리 30~60부피%의 예상범위)Cu / SiC composites (expected range of 30 to 60% by volume copper) E 9-15E 9-15 E 5.3~2.3E 5.3 to 2.3 E 100-220E 100-220

금속복합재는 하나 이상의 연속상과 하나 이상의 불연속상을 갖는 금속 매트릭스를 제공할 수 있는 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 통상 연속상은 하나 이상의 금속 또는 금속합금을 포함한다. 불연속상은 통상 하나 이상의 세라믹 등의 하나 이상의 강화 재료를 포함한다. 예를 들면, 금속복합재는 고상공정, 단조품 등의 분말 야금술 또는 용융 성분에 의해 다공성 재료 프리폼의 함침주조 등의 액상 방법으로 제조할 수 있다. 단조방법에서, 균일 혼합물, 예를들면 금속성 매트릭스와 강화재의 분말입자는 적절한 고온에서 및 압력하에서 열로 야금된 녹색부에 냉각가압하여 조밀한 복합재를 형성한다. 통상, 이 방법은 금속 매트릭스의 고상선 온도 미만의 온도에서 실시된다. 바람직하게는 낮은 또는 최소 노광 온도내에 단조조작을 실시하여 세라믹 입자와 금속 매트릭스 사이에 계면반응의 가능성을 줄인다. 이와같이 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따르면, Cu/SiC복합재는 기공이 거의 없거나 없는 미세구조의 균일 또는 균질한 약900℃ 미만에서 단조하여 제조될 수 있다. 액체금속 또는 가압합침법에 대한 액상 함침주조방법에서, 다공성 세라믹 등의 안정한 프리폼이 통상 형성되고 필요에 따라서 기계가공된다. 용융금속은 압력하에서 프리폼에 도입할 수 있다. 이것은 기공이 없는 성분을 제조하는 세라믹에 액체 금속 함침을 용이하게 한다. 예를 들면, SiC 프리폼을 액체 구리에 침윤시켜서 본 발명의 성분을 제조할 수 있다.Metal composites can be prepared by known methods that can provide a metal matrix having at least one continuous phase and at least one discontinuous phase. Typically the continuous phase comprises one or more metals or metal alloys. The discontinuous phase typically comprises one or more reinforcing materials, such as one or more ceramics. For example, the metal composite material can be produced by a liquid phase method such as impregnating casting of a porous material preform by a solid metal process, powder metallurgy such as forging, or a molten component. In the forging process, the homogeneous mixture, for example the powder particles of the metallic matrix and the reinforcing material, is cold pressed to a thermally metallized green portion at an appropriate high temperature and under pressure to form a dense composite. Typically this method is carried out at a temperature below the solidus temperature of the metal matrix. Forging is preferably performed at low or minimum exposure temperatures to reduce the possibility of interfacial reactions between the ceramic particles and the metal matrix. As such, according to one or more embodiments of the present invention, a Cu / SiC composite may be produced by forging at less than about 900 ° C. in a uniform or homogeneous microstructure with little or no pores. In the liquid impregnation casting method for liquid metal or pressure impregnation method, stable preforms such as porous ceramics are usually formed and machined as necessary. Molten metal can be introduced into the preform under pressure. This facilitates the liquid metal impregnation into the ceramic to produce the pore free component. For example, the components of the present invention can be prepared by infiltrating SiC preforms into liquid copper.

다공성 세라믹 프리폼은 소결에 의해 더 단단하게 되거나 조밀하게 되어 강하게 결합된 세라믹 입자의 격자 네트워크를 만든다. 상기 소결된 프리폼의 흡입주조법으로 제조된 복합재는 통상의 미소결 프리폼에 비해 내크리프성이 우수하다고 기대될 수 있다. 소결시간 및 온도는 세라믹 형태, 프리폼의 크기, 및/또는 소망의 재료 재배열의 정도 등의 각종 요인에 따라 다르지만, 이들로 제한되지 않다. 소결법은 1700℃~2300℃의 범위의 온도에서 SiC 등의 세라믹 재료상에 실시될 수 있다. 소결은 충분한 지속기간동안 소결온도에서 실시될 수 있다. 예를 들면, 소결은 약1시간~약12시간동안 실시될 수 있다.Porous ceramic preforms are harder or denser by sintering to create a lattice network of strongly bonded ceramic particles. Composites prepared by suction casting of the sintered preforms may be expected to have better creep resistance compared to conventional green grain preforms. The sintering time and temperature depend on various factors such as, but not limited to, the ceramic form, the size of the preform, and / or the degree of material rearrangement desired. The sintering method can be carried out on a ceramic material such as SiC at a temperature in the range of 1700 ° C to 2300 ° C. Sintering can be carried out at a sintering temperature for a sufficient duration. For example, sintering may be performed for about 1 hour to about 12 hours.

연결재는 하나 이상의 표면의 적어도 일부에 하나 이상의 피복 또는 층을 가질 수 있다. 이와같이, 예를 들면 본 발명의 연결재는 그 표면의 적어도 일부에 피복을 갖는 금속복합재를 포함할 수 있다. 피복은 실질적으로 기공이 없는 또는 불침투성의, 도전성을 제공할 수 있고, 바람직하게는 산화 또는 열화 방지를 제공할 수 있는 적절한 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게는 피복은 연결재의 조작 또는 서비스 온도에서 산화제 및/또는 환원제가 침투되지 않는다. 피복은 EEA와 피복된 연결재 사이의 ASR(Area Specific Resistance)은 약0.1ohm-cm2미만을 제공하는 것을 선택할 수 있다. 이와같이, 예를 들면 피복은 전도도가 적어도 약1S/cm; CTE는 연결재 재료의 CTE의 약80%이내, 바람직하게는 약10%이내, 보다 바람직하게는 약5%이내이고; 및/또는 열전도도는 적어도 약5W/m·K, 바람직하게는 적어도 약10W/m·K, 보다 바람직하게는 적어도 약100W/m·K의 하나 이상의 재료 또는 화합물이어도 좋다. 피복을 포함할 수 있는 재료 또는 화합물의 비제한의 예는 전도성 산화물, 크로마이트, 니켈 옥사이드, 도프된 또는 도프되지 않은 란타늄 크로마이트, 망가니스 크로마이트, 이트리아, 란타늄 스트론튬 망가나이트(LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트, 백금, 금 및 은 등의 귀금속 이외에 니켈 및 구리, 도프된 또는 도프되지 않은 도전성 페로브스카이트, 망가니스 크로마이트, 란타늄 스트론튬 코발트 옥사이드, 지르코늄 다이보라이드, 티타늄 실리콘 카바이드 이외에 혼합물 또는 그 조합을 들 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 통상, 피막은 충분한 밀도를 유지하면서 가능한 박막으로 되어 소망의 보호능력을 제공하고 및/또는 저항 등의 불리한 또는 바람직하지 않는 특성을 저하시키도록 도포된다. 예를 들면, 피복은 두께가 약50㎛ 미만, 일부 경우에 25㎛ 미만, 다른 경우에 10㎛ 미만, 더욱 다른 경우에 5㎛ 미만이어도 좋다. 피복재료는, 예를 들면 NextTech Materials, Ltd., Lewis Center, Ohio, Praxair Specialty Ceramics, Woodinville, Washington 및 Trans-Tech, Inc., Adamstown Maryland로부터 시판되고 있다.The connecting material may have one or more coatings or layers on at least a portion of one or more surfaces. As such, for example, the connecting member of the present invention may comprise a metal composite material having a coating on at least a portion of its surface. The coating can comprise a suitable material that can provide substantially pore or impermeable, conductivity, and preferably provide oxidation or degradation protection. Preferably the coating does not penetrate the oxidizing agent and / or reducing agent at the operating or service temperature of the connecting material. The sheath may be chosen to provide an Area Specific Resistance (ASR) between the EEA and the sheathed connection material of less than about 0.1 ohm-cm 2 . As such, for example, the coating may have a conductivity of at least about 1 S / cm; The CTE is within about 80%, preferably within about 10%, more preferably within about 5% of the CTE of the interconnect material; And / or the thermal conductivity may be at least one material or compound of at least about 5 W / m · K, preferably at least about 10 W / m · K, more preferably at least about 100 W / m · K. Non-limiting examples of materials or compounds that may include coatings include conductive oxides, chromite, nickel oxides, doped or undoped lanthanum chromite, manganese chromite, yttria, lanthanum strontium manganite (LSM), In addition to noble metals such as lanthanum strontium chromite, platinum, gold and silver, mixtures other than nickel and copper, doped or undoped conductive perovskite, manganese chromite, lanthanum strontium cobalt oxide, zirconium diboride, titanium silicon carbide Or combinations thereof, but is not limited thereto. Usually, the coating is applied to be as thin a film as possible while maintaining sufficient density to provide the desired protective ability and / or to deteriorate adverse or undesirable properties such as resistance. For example, the coating may be less than about 50 μm thick, in some cases less than 25 μm, in other cases less than 10 μm, and in other cases less than 5 μm. Coating materials are commercially available from NextTech Materials, Ltd., Lewis Center, Ohio, Praxair Specialty Ceramics, Woodinville, Washington and Trans-Tech, Inc., Adamstown Maryland, for example.

피복은 증착, 스크린 프린팅, 유동층 침지, 플라즈마 코팅, 스프레이 코팅, 마그네트론 스퍼터링, 및/또는 딥코팅 등의 적절한 방법으로 도포할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 예를 들면, 피복은 소망의 보호성능을 제공하면서 코팅을 박막으로 얻을 수 있도록 25㎛ 미만의 입자크기를 갖는, (La0.8Sr0.2)0.9MnO3 분말을, Ar 플레임으로 플라즈마 분사법에 의해 연결재 표면상에 피복시킬 수 있다.The coating can be applied by any suitable method, such as, but not limited to, deposition, screen printing, fluid bed immersion, plasma coating, spray coating, magnetron sputtering, and / or dip coating. For example, the coating may be coated with a (La 0.8 Sr 0.2 ) 0.9 MnO 3 powder having a particle size of less than 25 μm to a thin film while providing the desired protective performance by means of plasma spraying with an Ar flame. It can be coated on the surface.

본 발명의 더욱 실시형태에 의해, 하층은 피복과 연결재의 표면사이에 배치될 수 있다. 하층은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 연결재의 피복과 접촉표면사이의 계면을 통해 배치할 수 있다. 일부 경우에, 하층은 연결재의 금속복합재와 전기화학 전지의 환경 사이에 추가 배리어층으로 제공할 수 있다. 바람직하게는 하층을 분리시키지 않으면 연결재료와 피복사이에 소망하지 않거나 바람직하지 않는 반응으로 간섭할 수있다. 본 발명은 피복과 연결재 재료 표면사이에 하나 이상의 부분 또는 영역상에 배치된 하나 이상의 하층을 사용한다고 생각된다. 이와같이, 하나 이상의 영역은 하층을 갖거나 갖지 않을 수 있고 또는 하나 이상의 영역은 하층 조성과 다를 수 있다. 하층은 도전성 및/또는 열전도도를 제공하는 소망의 두께를 가져도 좋다. 통상, 하층은 충분한 밀도를 유지하면서 가능한 박막으로 되어 소망의 보호능력을 제공하고 및/또는 저항 등의 불리한 또는 바람직하지 않는 특성을 저하시키도록 도포된다. 예를들면, 하층은 두께가 약1㎛ 미만, 일부 경우에 0.5㎛ 미만, 다른 경우에 0.1㎛ 미만이어도 좋다. 하층은 물리적 또는 화학적 증착, 유동층 침지, 플라즈마 코팅 등의 적절한 방법으로 도포할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 하층은 티타늄 나이트라이드, 티타늄 알루미늄 나이트라이드, 티타늄 실리콘 카바이드 또는 그 혼합물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.According to a further embodiment of the invention, the underlayer can be disposed between the coating and the surface of the connecting material. The underlayer may be at least partially disposed, preferably via the interface between the sheath of the connecting material and the contact surface. In some cases, the underlayer may serve as an additional barrier layer between the metal composite of the connecting material and the environment of the electrochemical cell. Desirably, if the underlying layer is not separated, it may interfere with the undesirable or undesirable reaction between the connecting material and the coating. It is contemplated that the present invention uses one or more underlayers disposed on one or more portions or regions between the sheath and the interconnect material surface. As such, one or more regions may or may not have an underlayer or one or more regions may differ from the underlayer composition. The underlayer may have a desired thickness to provide conductivity and / or thermal conductivity. Usually, the underlayer is applied so as to be as thin as possible while maintaining sufficient density to provide the desired protective ability and / or to deteriorate adverse or undesirable properties such as resistance. For example, the lower layer may have a thickness of less than about 1 μm, in some cases less than 0.5 μm, and in other cases less than 0.1 μm. The underlayer can be applied by any suitable method such as physical or chemical vapor deposition, fluidized bed immersion, plasma coating or the like, but is not limited thereto. The underlayer includes, but is not limited to, titanium nitride, titanium aluminum nitride, titanium silicon carbide, or mixtures thereof.

금속복합재는 불연속상 강화성분과 금속 또는 금속 합금 연속상 사이에 가교를 형성하도록 촉진하거나 제공할 수 있는 하나 이상의 계면제를 가질 수 있다. 계면제는 금속 또는 금속 합금 매트릭스에 세라믹 입자의 접착을 용이하게 하는 계면층으로서 피복될 수 있다. 일부 경우에, 계면제 또는 계면층은 금속 또는 금속합금 매트릭스에 배합된 하나 이상의 충전제 또는 첨가제 등의 표면을 습윤시킬 수 있다. 금속복합재는 카바이드, 나이트라이드, 옥사이드 또는 그 조합을 형성할 수 있는 1종 이상 또는 반응물에 세라믹 충전제를 노광하여 제조할 수있다. 일부 경우에, 계면제는 티타늄, 란타늄, 세륨, 이트륨, 실리콘, 바나듐, 철 및 그 조합 등의 반응성 금속을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 형성된 계면층은 연속상, 예를 들면 금속 또는 금속합금 매트릭스와 불연속상, 예를 들면 충전제 사이에 결합을 형성하여 이러한 계면에 존재하거나 만들어진 결함을 최소화할 수 있다. 통상, 반응성 금속은 반응하거나 금속복합재 및/또는 피복의 하나 이상의 성분과 합금을 형성하는 것을 선택한다. 계면제의 양은 통상 습윤, 계면의 화학작용의 제어 및 복합재 특성의 최적화를 제공하도록 가능한 적게 하고, 금속복합재 또는 금속복합재의 금속에 대해 약5부피% 미만, 약2% 미만, 일부 경우에 약1% 미만이 될 수 있다.The metal composite may have one or more surfactants that can promote or provide for forming a bridge between the discontinuous phase reinforcement component and the metal or metal alloy continuous phase. The surfactant can be coated as an interfacial layer that facilitates adhesion of ceramic particles to the metal or metal alloy matrix. In some cases, the surfactant or interfacial layer may wet the surface of one or more fillers or additives or the like blended into the metal or metal alloy matrix. Metal composites can be prepared by exposing the ceramic filler to one or more species or reactants capable of forming carbide, nitride, oxide or combinations thereof. In some cases, the surfactant may include, but is not limited to, reactive metals such as titanium, lanthanum, cerium, yttrium, silicon, vanadium, iron, and combinations thereof. The interfacial layer formed can form a bond between a continuous phase, such as a metal or metal alloy matrix, and a discontinuous phase, such as a filler, to minimize defects present or created at this interface. Typically, the reactive metal chooses to react or to form an alloy with one or more components of the metal composite and / or coating. The amount of surfactant is usually as low as possible to provide wetting, control of the chemistry of the interface and optimization of the composite properties, and less than about 5% by volume, less than about 2%, and in some cases about 1% of the metal composite or metal in the metal composite. Can be less than%.

본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따라서, 실리콘 카바이드, 카본, 그래파이트, 티타늄 보라이드, 티타늄 카바이드, 보론 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 또는 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 세라믹과 구리 또는 구리합금으로 이루어지거나 기본적으로 이루어질 수 있다.According to one or more embodiments of the present invention, it consists essentially of or consists of a copper or copper alloy and a ceramic selected from the group consisting of silicon carbide, carbon, graphite, titanium boride, titanium carbide, boron carbide, aluminum oxide, or mixtures thereof. Can be.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 전기화학기기는 금속복합재를 포함하는 연결재를 함유할 수 있다. 금속복합재는 기본적으로 연속상의 금속과 불연속상에 세라믹으로 이루어질 수 있다. 세라믹은 기본적으로 카바이드, 다이보라이드, 옥사이드, 다이옥사이드, 실리케이트 및 나이트라이드로 이루어질 수 있다. 예를 들면 세라믹은 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 다이보라이드, 하프늄 다이보라이드, 탄탈 다이보라이드, 티타늄 다이보라이드, 실리콘 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 나이트라이드 및 알루미늄 나이트라이드 중 하나이어도 좋다.According to another embodiment of the present invention, the electrochemical device may contain a connecting material including a metal composite material. The metal composite may consist essentially of the continuous phase metal and the ceramic in discontinuous phase. The ceramic may basically consist of carbide, diboride, oxide, dioxide, silicate and nitride. For example, ceramics are carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium diboride, hafnium diboride, tantalum diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide , Aluminosilicate, silicon nitride and aluminum nitride.

그러나, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 연결재는 비금속간 금속 또는 금속 합금 및 실리콘 카바이드, 탄소, 티타늄 보라이드, 티타늄 카바이드, 보론 카바이드, 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 세라믹으로 이루어지거나 기본적으로 이루어져도 좋다. 피복은 도프되거나 도프되지 않는 도전성 페로브스카이트, 란타늄 크로마이트, 망가니스 크로마이트, 이트리아, 란타늄 스트론늄 코발트 옥사이드, 란타늄 스트론튬 망가나이트, 란타늄 스트론튬 크로마이트, 귀금속, 니켈 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물로 이루어지거나 반드시 이루어질 수 있다. 하층은 티타늄 나이트라이드, 티타늄 알루미늄 나이트라이드, 티타늄 실리콘 카바이드 또는 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물로 이루어지거나 기본적으로 이루어질 수 있다.However, according to another embodiment of the present invention, the connecting member is made of or consists essentially of a ceramic selected from the group consisting of nonmetals or metal alloys and silicon carbide, carbon, titanium boride, titanium carbide, boron carbide, and aluminum oxide. Also good. The coating is a group of doped or undoped conductive perovskite, lanthanum chromite, manganese chromite, yttria, lanthanum strontium cobalt oxide, lanthanum strontium manganite, lanthanum strontium chromite, precious metals, nickel and copper It may consist of or necessarily consist of a compound selected from. The lower layer may consist essentially of or consist of a compound selected from the group consisting of titanium nitride, titanium aluminum nitride, titanium silicon carbide or mixtures thereof.

EEA는 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들면, EEA는 애노드, 전해질 및 캐소드를 포함할 수 있다. 애노드는 연속상 세라믹상과 Ni/YSZ(니켈/이트리아 안정화된 지르코니아) 등의 불연속 금속상을 갖고 통상 약40%의 기공을 갖는 도성합금 등의 연료 산화를 지지하거나 촉진시키는 물질을 포함할 수 있다. 전해질은 기공이 약1% 미만의 조밀한 YSZ 등의 산소 전도성 세라믹을 포함할 수 있다. 캐소드는 통상 약40%의 기공을 갖는 란타늄 스트론늄 망가나이트 등의 산화제 환원을 촉진시키는 재료를 포함할 수 있다. 전극-전해질 접합체는, 예를 들면 Innovative Dutch Electro Ceramics(InDEC B.V.), Netherlands 및 NexTech Materials, Ltd., Lewis Center, Ohio.가 시판되고 있다.EEA can be used in the present invention. For example, the EEA can include an anode, an electrolyte and a cathode. The anode may include materials that support or promote fuel oxidation, such as a ceramic alloy having a continuous phase ceramic phase and a discontinuous metal phase such as Ni / YSZ (nickel / yttria stabilized zirconia) and usually having about 40% pores. have. The electrolyte may comprise an oxygen conductive ceramic such as dense YSZ having less than about 1% of pores. The cathode may comprise a material that promotes oxidant reduction, such as lanthanum strontium manganite, which typically has about 40% of pores. Electrode-electrolyte conjugates are commercially available, for example, Innovative Dutch Electro Ceramics (InDEC B.V.), Netherlands and NexTech Materials, Ltd., Lewis Center, Ohio.

본 발명은 전기 및/또는 열 전달, 및/또는 스택의 성분 사이에 구조적 지지를 확보하거나 적어도 용이하게 하게 하는 하나 이상의 결합제를 사용할 수 있다. 예를 들면 결합제를 EEA/연결재 표면(22)에 배치하여 분리가능성을 저하시킬 수 있다. 결합제의 예는 Ag/CuO/TiO2, Ag/CuO, Ag/TeO3, Pt/Nb2O5(페이스트) 및 Ag(페이스트)를 들 수 있지만, 이들로 제한되지 않다. 결합제의 형태의 선택은 다른 성분재료에 대해, 화학적 또는 열-기계적 안정성, 소망의 기계적 및 열적 특성 등의 각종 요인에 따라 다를 수 있다.The present invention may use one or more binders to ensure or at least facilitate structural support between electrical and / or heat transfer, and / or components of the stack. For example, a binder may be placed on the EEA / connector surface 22 to reduce separability. Examples of binders include, but are not limited to, Ag / CuO / TiO 2 , Ag / CuO, Ag / TeO 3 , Pt / Nb 2 O 5 (pastes) and Ag (pastes). The choice of form of binder may depend on a variety of factors, such as chemical or thermo-mechanical stability, desired mechanical and thermal properties, for other component materials.

하나 이상의 실시형태에 따르면, 본 발명은 전력발생을 용이하게 하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 EEA 및 상기 EEA의 표면에 접촉하여 배치된 연결재를 포함하는 연료전지를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 연결재는 구리 또는 구리합금과 실리콘 카바이드, 보론 카바이드 및 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 세라믹의 금속복합재를 포함한다.According to one or more embodiments, the present invention relates to a method for facilitating power generation. The method includes providing a fuel cell comprising an EEA and a connector disposed in contact with the surface of the EEA, the connector being a ceramic selected from the group consisting of copper or copper alloys and silicon carbide, boron carbide and aluminum oxide. Metal composite material.

수반하는 도면은 일정한 비율로 그려진 것을 의도하지 않는다. 도면에서, 각종 도면에서 설명된 각각 동일하거나 거의 동일한 성분은 동일한 숫자로 나타낸다. 명확하게 하기 위해, 모든 성분을 모든 도면에 나타내지 않을 수도 있다. 도면에서:The accompanying drawings are not intended to be drawn to scale. In the drawings, each identical or nearly identical component described in various figures is represented by the same numeral. For clarity, not all components may be shown in all figures. In the drawing:

도1은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따르는 성분을 갖는 복수개의 전기화학기기를 포함하는 스택의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a stack including a plurality of electrochemical devices having components in accordance with one or more embodiments of the present invention.

도2A-2C는 Cu/SiC 복합재(도2A), Cu/B4C 복합재(도2B) 및 Cu/Al2O3 복합재(도2C)의 입자 또는 강화재 부피율에 대해 열팽창계수(CTE)를 나타내는 그래프이고, 가열 "▲" 및 냉각"●"중 제조된 샘플의 CTE값을 측정한다.Figures 2A-2C show the coefficient of thermal expansion (CTE) for the particle or reinforcement volume fractions of Cu / SiC composites (Figure 2A), Cu / B 4 C composites (Figure 2B), and Cu / Al 2 O 3 composites (Figure 2C). It is a graph which shows, and the CTE value of the sample manufactured in heating "▲" and cooling "●" is measured.

도3은 SiC입자크기가 약10~20㎛의 범위(왼쪽), 약40~60㎛의 범위(오른쪽)로 약40부피%(아래쪽), 약47.5부피%(중간), 55부피%(위쪽)인 본 발명의 Cu/SiC 복합재 샘플의 현미경 사진를 나타낸다.Figure 3 shows the SiC particle size in the range of about 10 to 20 μm (left), about 40 to 60 μm (right), about 40% by volume (bottom), about 47.5% by volume (middle), and 55% by volume (top) A photomicrograph of the Cu / SiC composite sample of the present invention is shown.

도4는 본 발명의 Cu/SiC복합재(위쪽), Cu/Al2O3 복합재(중간) 및 Cu/B4C복합재(아래쪽)의 현미경 사진을 나타낸다.4 shows micrographs of the Cu / SiC composite (top), Cu / Al 2 O 3 composite (middle) and Cu / B 4 C composite (bottom) of the present invention.

도5는 이론적인 CTE값에 대해 본 발명의 단조된 Cu/SiC 복합재의 측정된 CTE(약200~800℃)를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing measured CTE (about 200-800 ° C.) of the forged Cu / SiC composite of the present invention against theoretical CTE values.

도6은 시스템 성능에 대해 물질의 열전도도의 영향을 분석하기 위해 시뮬레이트한 SOFC의 모식도이다.6 is a schematic diagram of a simulated SOFC to analyze the effect of thermal conductivity of a material on system performance.

도7은 본 발명의 연결재의 열전도도의 작용으로 전력밀도를 예상하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing simulation results for estimating power density by the action of the thermal conductivity of the connecting member of the present invention.

본 발명의 이들 및 다른 실시형태의 기능 및 이점은 하기 실시예로부터 더 이해될 수 있다. 실시예는 본 발명의 물품, 성분, 시스템 및 방법의 장점 및/또는 이점을 설명할 수 있지만, 본 발명의 전체범위를 예시하지 않는다.The functions and advantages of these and other embodiments of the present invention can be further understood from the following examples. The examples may illustrate the advantages and / or advantages of the articles, components, systems and methods of the invention, but do not exemplify the full scope of the invention.

실시예1. 고상 분말 단조에 의해 Cu/SiC 물질의 제조Example 1 Preparation of Cu / SiC Materials by Solid Powder Forging

Cu/SiC 샘플의 금속복합재를 목표 CTE 약12.1×10-6/℃를 갖도록 단조한 고망분말로, 20~800℃의 온도에서 제작하였다. 도2A에서, Cu/SiC의 목표 조성의 범위는 구리가 약40~60부피%와 실리콘 카바이드 약40~60부피%로 서술된다. 이와같이 구리의 양(약60부피%, 약52.5부피%, 약45부피%)에 대해, 실리콘 카바이드가 약40부피%, 약47.5부피% 및 약55부피%(약19.3중량%, 약24.5중량% 및 약30.5중량%)인 샘플을 제작하였다. 또한, 약10㎛~약20㎛, 약40~60㎛, 약100㎛의 입자크기를 갖는 실리콘 카바이드를 각 3개의 실리콘 카바이드 함유량 레벨에 사용하였다. 약10~15㎛의 입자크기를 갖는 구리를 15㎛(10-20㎛)SiC 샘플에 사용하였고; 약30-35㎛의 입자크기의 구리를 50㎛(40-60㎛)SiC 샘플에 사용하였고; 약75~약100㎛의 입자크기의 구리를 100㎛ SiC 샘플에 사용하였다.The metal composite material of the Cu / SiC sample was produced at a temperature of 20 to 800 ° C. with a high-molecular powder forged to have a target CTE of about 12.1 × 10 −6 / ° C. In FIG. 2A, the target composition range of Cu / SiC is described as about 40 to 60 volume percent copper and about 40 to 60 volume percent silicon carbide. Thus, with respect to the amount of copper (about 60% by volume, about 52.5% by volume, about 45% by volume), silicon carbide contained about 40% by volume, about 47.5% by volume and about 55% by volume (about 19.3% by weight, about 24.5% by weight). And about 30.5% by weight). In addition, silicon carbide having particle sizes of about 10 μm to about 20 μm, about 40 to 60 μm, and about 100 μm was used for each of the three silicon carbide content levels. Copper having a particle size of about 10-15 μm was used for a 15 μm (10-20 μm) SiC sample; Particle size copper of about 30-35 μm was used for a 50 μm (40-60 μm) SiC sample; Copper with a particle size of about 75 to about 100 μm was used for the 100 μm SiC sample.

기상공정을 통해 구리의 박막층으로 SiC입자를 피복하였다. 피복된 SiC입자를 구리입자와 배합하여 균일분산하고, 플레이트에 저온압축한 후, 약1분 미만의 시간동안 약900℃ 미만의 온도에서 단조시킨다.SiC particles were coated with a thin film layer of copper through a vapor phase process. The coated SiC particles are combined with the copper particles to homogeneously disperse, cold compress the plate, and then forge at a temperature of less than about 900 ° C. for less than about 1 minute.

도3에서 몇몇 제조된 샘플의 일부의 현미경사진이고; 현미경사진은 Cu/SiC 복합재를 불연속상(어두운 영역)으로 강화된 연속된 상(밝은 영역)을 갖도록 단조하여 제조할 수 있다.3 is a micrograph of some of the prepared samples; Micrographs can be made by forging a Cu / SiC composite to have a continuous phase (bright area) that is reinforced with discontinuous phase (dark area).

실시예2. 함침주조에 의해 Cu/SiC, Cu/B4C, Cu/Al2O3, 물질의 제작Example 2. Fabrication of Cu / SiC, Cu / B 4 C, Cu / Al 2 O 3 , Materials by Impregnation Casting

Cu/SiC, Cu/B4C, Cu/Al2O3의 금속복합재 샘플을 함침주조에 의해 제작하였다. 각 샘플은 강화재, SiC, B4C 또는 Al2O3가 약55%이었다. 다공성 프리폼은 슬러리 주조 또는 사출 성형법에 의해 제조되었다. 이 프리폼의 흡입주조는 비활성분위기(아르곤)하에서 용융구리로 실시하였다.Metal composite samples of Cu / SiC, Cu / B 4 C, and Cu / Al 2 O 3 were prepared by impregnation casting. Each sample had about 55% reinforcement, SiC, B 4 C or Al 2 O 3 . Porous preforms were prepared by slurry casting or injection molding. Suction casting of this preform was carried out in molten copper under an inert atmosphere (argon).

도4는 제조된 샘플의 현미경사진이고; 현미경사진은 Cu/SiC, Cu/B4C, Cu/Al2O3복합재는 주조법으로 제조되어 연속적인 금속상(밝은 영역)에 강화재의 균일한 구배를 가질 수 있다.4 is a micrograph of the prepared sample; The micrograph shows that Cu / SiC, Cu / B 4 C, and Cu / Al 2 O 3 composites are produced by casting to have a uniform gradient of reinforcement on a continuous metal phase (bright areas).

실시예3:Cu/SiC, Cu/B4C, Cu/Al2O3물질의 분석Example 3 Analysis of Cu / SiC, Cu / B 4 C, Cu / Al 2 O 3 Materials

CTE측정(ASTM E228)은 실시예2에 실질적으로 기재된 것처럼 제조된 각 함침주조 샘플로 실시되었다. CTE측정은 약20~800℃로 가열되고 약20℃로 냉각되어 실시되었다. 측정된 가열 사이클 CTE 및 측정된 냉각 사이클CTE은 Cu/SiC, Cu/B4C 및 Cu/Al2O3샘플에 대해 도2A-2C에 표시된다.CTE measurements (ASTM E228) were performed with each impregnated cast sample prepared as substantially described in Example 2. CTE measurements were performed by heating to about 20-800 ° C. and cooling to about 20 ° C. The measured heating cycle CTE and the measured cooling cycle CTE are shown in FIGS. 2A-2C for Cu / SiC, Cu / B 4 C and Cu / Al 2 O 3 samples.

도2A-2C에 나타낸 결과는 측정된 CTE는 혼합물 모델의 법칙(가열 "▲" 및 냉 각"●"중 측정된 CTE)과 밀접하게 상관관계가 있다. 측정된 CTE값은 명백하게 목표CTE(12.1×10-6/℃)의 약2.5% 이내이었다.The results shown in FIGS. 2A-2C show that the measured CTE correlates closely with the law of the mixture model (CTE measured during heating "▲" and cooling """). The measured CTE value was obviously within about 2.5% of the target CTE (12.1 × 10 −6 / ° C.).

일부 형성된 Cu/SiC 샘플은 Cu/Al2O3 샘플에서 관찰되지 않은 계면층을 나타낸다. 열 에이징 시험은 비활성 분위기에서 약100시간동안 약800℃에서 Cu/SiC, Cu/B4C 및 Cu/Al2O3 샘플을 열담금으로 실시하였다. 흡수된 샘플의 SEM관찰은 금속-세라믹 계면에서 열화를 나타내지 않는다.Some formed Cu / SiC samples show interfacial layers not observed in Cu / Al 2 O 3 samples. The thermal aging test was performed by thermal immersion of Cu / SiC, Cu / B 4 C and Cu / Al 2 O 3 samples at about 800 ° C. for about 100 hours in an inert atmosphere. SEM observations of the absorbed samples show no degradation at the metal-ceramic interface.

실시예4. 입자크기의 영향Example 4. Effect of Particle Size

단조된 Cu/SiC복합재 샘플(SiC 47.5부피%)은 실질적으로 실시예1에서 기재된 단조법으로 약15㎛와 약50㎛의 입자크기를 갖는 SiC를 사용하여 제조되었다.Forged Cu / SiC composite samples (47.5% by volume of SiC) were prepared using SiC having a particle size of about 15 μm and about 50 μm substantially by the forging method described in Example 1.

샘플의 CTE는 측정되었고 도5(약20℃와 약800℃ 사이에 목표 CTE)에서 나타낸다. 이 결과는 EEA의 목표 CTE(약12.1×10-6/℃)에 밀접하게 매치되지만 강화재의 입자크기보다 작은 입자크기를 사용한 샘플은 더 큰 입자크기의 강화재를 사용한 샘플에 비해 더 밀접한 상관관계를 나타낸다.The CTE of the sample was measured and is shown in FIG. 5 (target CTE between about 20 ° C. and about 800 ° C.). This result closely matches the EEA target CTE (approximately 12.1 × 10 −6 / ° C.), but samples with smaller particle sizes than the reinforcement particles correlate more closely than samples with larger particle sizes. Indicates.

실시예5. 예상된 SOFC 성능Example 5. Expected SOFC Performance

고열전도도, 적어도 약100W/m·K의 물질을 포함하는 연결재의 이점은 전기화학기기의 성분이 더 균일한 온도구배를 갖고, 이것은 스택의 전력밀도를 향상시키고 전극 전해질 접합체에 관련된 열-기계적 압력을 저감시킬 수 있다. 고열전도도를 갖는 연결재 재료를 사용함으로써 저열전도도를 갖는 연결재 재료에 따르는 유 사한 시스템에 비해 고에너지 전환 효율 및 저비용을 갖는 SOFC전력시스템을 제공할 수 있다. 또한, 고열전도도를 갖는 재료는 요구된 공기흐름을 줄여서 스택을 냉각시키고 결과적으로 관련된 와류의 전력손실을 저하시킬 수 있다. 고스택전력밀도는 요구된 스택물질의 양이 통상 스택 전력밀도와 대략 역비례하기 때문에 스택 물질과 관련된 비용을 저감시킬 수 있다.The advantage of connecting materials comprising high thermal conductivity, material of at least about 100 W / mK is that the components of the electrochemical device have a more uniform temperature gradient, which improves the power density of the stack and the thermo-mechanical pressure associated with the electrode electrolyte assembly. Can be reduced. By using a connector material having high thermal conductivity, it is possible to provide an SOFC power system having a high energy conversion efficiency and a low cost as compared to a system similar to that of a connector material having low thermal conductivity. In addition, materials with high thermal conductivity can reduce the required airflow to cool the stack and consequently reduce the power loss of the associated vortex. High stack power density can reduce the cost associated with the stack material because the amount of stack material required is typically approximately inversely proportional to the stack power density.

스택전력밀도에 대한 열전도도의 영향을 분석하기 위해, 수치해석 시뮬레이션을 실시하였다. 구체적으로, 도6에 모식적으로 나타낸 애노드 지지된 SOFC의 성능을 시뮬레이트하였다(도6은 시뮬레이트된 SOFC의 기하, 반응 가스의 공흐름 재배열을 나타낸다). 시뮬레이션 모델은 한정된 원소 분석 원리를 사용하여 개발된 소프트웨어를 사용하였다. 시뮬레이션 모델은 미국 에너지부, NETL, 2002년 10월에 제출된 보고서에 "Structural Limitations in the Scale-up of Anode Supported SOFCs"기재되어 있다. 이 모델은 조작하는 SOFC의 공간의 온도구배, 전류밀도, 종 농도, 열-기계적 압력을 예상하여 개발하였다.To analyze the effect of thermal conductivity on stack power density, numerical simulations were performed. Specifically, the performance of the anode supported SOFCs schematically shown in FIG. 6 was simulated (FIG. 6 shows the geometry of the simulated SOFCs, the coflow rearrangement of the reactant gases). The simulation model used software developed using finite element analysis principles. The simulation model is described in the report "Structural Limitations in the Scale-up of Anode Supported SOFCs," published in the US Department of Energy, NETL, October 2002. This model was developed in anticipation of the temperature gradient, current density, species concentration, and thermo-mechanical pressure of the operating SOFC space.

SOFC는 0.7V에서 작동하도록 모델링하고, 비활성가스 온도 550℃와 배기가스 약700℃로 개질된 천연가스 연료의 약85%, 연결재/EEA 계면에서 접촉저항은 약0.1ohm-cm2를 사용하고, 배기가스 온도를 약700℃로 유지하기 위해 전기화학반응에 필요로되는 공기유속을 700% 이상으로 평가하였다.SOFC is modeled to operate at 0.7V, about 85% of natural gas fuel reformed to inert gas temperature of 550 ° C and exhaust gas of about 700 ° C, the contact resistance at the connector / EEA interface is about 0.1ohm-cm 2 , In order to maintain the exhaust gas temperature at about 700 ℃, the air flow rate required for the electrochemical reaction was evaluated to 700% or more.

주입 및 배기가스 온도를 시스템 레벨 에너지 밸런스 사항과 일관되는 것을 발견하였다. 도7에 나타낸 결과는 관련된 예상 전력밀도를 나타낸다. 모델결과는 연결재 재료의 열전도도를 향상시킴으로써 셀을 통해 온도구배를 감소시키고, 더 효과적인 셀온도가 전환 동역학을 향상시키고 저항손실을 줄인다는 것을 발견했기 때문에 전력밀도가 더 높아진다.It has been found that the injection and exhaust gas temperatures are consistent with system level energy balance issues. The results shown in Figure 7 represent the associated expected power densities. The model results are higher power density because they find that by increasing the thermal conductivity of the interconnect material, the temperature gradient through the cell is reduced, and that more effective cell temperatures improve conversion dynamics and reduce resistive losses.

이와같이, 본 발명에서 고열전도도를 갖는 금속 매트릭스 성분을 사용하는 것은 전력발생을 증가시킨다. 또한, 모델링 결과에서는 SOFC 적용에서 높은 열전도도 연결재 재료의 사용에 의해 냉각 공기흐름과 관련된 완류손실이 고전력밀도의 시스템에서 줄어들 수 있기 때문에 전체적인 시스템 효율을 향상시킨다는 것을 확인하였다.As such, the use of metal matrix components with high thermal conductivity in the present invention increases power generation. In addition, the modeling results confirmed that the use of high thermal conductivity interconnect materials in SOFC applications improves the overall system efficiency, since the flow loss associated with cooling airflow can be reduced in high power density systems.

본 발명의 설명된 실시형태를 기재했기 때문에, 단지 실시예에 의해 나타낸 상술한 당업자에게는 명백하고 제한되지 않는다. 수치 한정 및 다른 설명한 실시형태는 본 발명의 범위내에서 고려되고 통상의 지식의 범위내에 있다.Since the described embodiments of the present invention have been described, it is obvious to those skilled in the art only by way of example and not by way of limitation. Numerical limitations and other described embodiments are contemplated within the scope of this invention and are within the scope of common knowledge.

여기에서 나타낸 실시예는 방법 작용 또는 시스템요소의 특정 조합에 관계되었지만, 작용 및 요소는 동일한 목적을 수행하는 다른 방법으로 조합될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 하나의 실시형태에 대해 설명된 작용, 원소 및 특징은 다른 실시형태에 유사한 역할로부터 배제되는 것을 의도하지 않는다. 각종 변경, 수정 및 개선은 당업자에게 용이하게 발생될 수 있고 이러한 변경, 수정 및 개선은 기재된 부분에 있고, 본 발명의 정신 및 범위내에서 있다. 예를 들면, CTE를 예상하고 및/또는 목표CTE를 얻기 위한 조성을 제공하기 위해 다른 모델을 사용이 본 발명에서 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 이러한 특성, 시스템, 하위 시스템 및 방법이 서로 일치되지 않으면, 각 특성, 시스템, 하부시스템 또는 여기에 기재 된 방법, 특징, 시스템, 하위시스템 또는 여기에 기재된 방법 중 2개 이상의 조합, 특징, 시스템, 하위시스템 및/또는 방법 중 2개 이상의 조합을 나타내고, 청구항에 기재된 본 발명의 범위내에서 고려된다. 청구항 요소를 수정하기 위해 청구항에서 "제1의", "제2의", "제3의" 등의 보통의 용어의 사용은 그자체가 방법이 실시된 우위, 선행 또는 다른 것에 비해 하나의 청구항 요소의 순서 또는 일시적인 순서를 내포하지 않지만, 단지 동일한 명칭(보통 용어로 사용)을 갖는 다른 원소로부터 특정 이름을 갖는 하나의 청구항 요소를 구별하기 위한 라벨로 사용되어 청구항 원소를 구별한다. 또한, 여기에서 사용된 "복수"는 2 이상을 의미한다. 여기에서 사용된, "세트"는 이러한 항목을 하나 이상 포함한다.While the embodiments shown herein relate to particular combinations of method acts or system elements, it should be understood that acts and elements may be combined in other ways that perform the same purpose. The actions, elements, and features described for one embodiment are not intended to be excluded from similar roles in the other embodiments. Various changes, modifications, and improvements may be readily made by those skilled in the art, and such changes, modifications, and improvements are within the scope of the description and are within the spirit and scope of the invention. For example, using other models may be used in the present invention to provide a composition for estimating CTE and / or obtaining a target CTE. Moreover, the present invention is directed to the combination of two or more of each feature, system, subsystem, or method, feature, system, subsystem, or method described herein, provided that these features, systems, subsystems, and methods do not match each other. Combinations of two or more of the features, systems, subsystems, and / or methods are considered and are considered within the scope of the invention as set forth in the claims. The use of common terms such as "first", "second", "third", etc. in a claim to modify the elements of a claim is itself a claim over the superiority, precedence or other in which the method is practiced. It does not imply an order of elements or a temporary order, but is used only as a label to distinguish one claim element with a particular name from another element with the same name (usually in terminology) to distinguish the claim element. In addition, "plurality" as used herein means two or more. As used herein, “set” includes one or more such items.

당업자들은 여기에 기재된 변수 및 배열이 예시적이고 실제변수 및/또는 배열은 본 발명의 시스템 및 방법을 사용하는 구체적인 용도에 따라 다를 수 있다고 생각해야한다. 당업자는 본 발명의 구체적인 실시형태에 단지 정기적인 실험이고 상응한다는 것을 인정하거나 확인할 수 있다. 여기에 기재된 실시형태는 단지 추가된 청구항의 범위내에 있고 상응하는 실시예에 의해 나타내고, 본 발명은 달리 구체적으로 기재되어 있는 것보다 실시될 수 있다.Those skilled in the art should appreciate that the variables and arrangements described herein are exemplary and that actual variables and / or arrangements may vary depending upon the particular use of the systems and methods of the present invention. Those skilled in the art can recognize or confirm that they are only regular experiments and correspond to specific embodiments of the invention. The embodiments described herein are merely within the scope of the appended claims and represented by the corresponding examples, and the invention may be practiced otherwise than as specifically described.

Claims (42)

전극-전해질 접합체; 및Electrode-electrolyte conjugates; And 상기 전극-전해질 접합체에 접촉되어 있는 연결재를 포함하고; A connecting material in contact with said electrode-electrolyte assembly; 상기 연결재는 구리, 산화물 분산 강화 구리, 알루미늄, 티타늄 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속과, 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 다이보라이드, 하프늄 다이보라이드, 탄탈 다이보라이드, 티타늄 다이보라이드, 실리콘 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 강화재의 금속복합재를 포함하는 것을 특징으로 전기화학기기.The connecting material is at least one metal selected from the group consisting of copper, oxide dispersion strengthened copper, aluminum, titanium and alloys thereof, and carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium dibo At least one metal composite material of at least one reinforcing material selected from the group consisting of: lide, hafnium diboride, tantalum diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminosilicate, silicon nitride, aluminum nitride and mixtures thereof Electrochemical equipment comprising a. 제1항에 있어서, 상기 연결재의 표면상에 피복을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device of claim 1, further comprising a coating on the surface of the connecting material. 제2항에 있어서, 상기 피복은 기공이 없는, 도전성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기. 3. The electrochemical device of claim 2, wherein the coating comprises a conductive material free of pores. 제2항에 있어서, 상기 피복은 란타늄 스트론튬 망가나이트, 란타늄 스트론튬 크로마이트, 귀금속, 니켈 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물 질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.3. The electrochemical device of claim 2, wherein the coating comprises at least one material selected from the group consisting of lanthanum strontium manganite, lanthanum strontium chromite, precious metals, nickel and copper. 제4항에 있어서, 상기 피복과 상기 연결재의 표면 사이에 배치된 하층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.5. The electrochemical device of claim 4, further comprising a lower layer disposed between the sheath and the surface of the connecting material. 제5항에 있어서, 상기 하층은 티타늄 나이트라이드, 티타늄 알루미늄 나이트라이드, 또는 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 도전성 재료를 포함하는것을 특징으로 하는 전기화학기기.6. The electrochemical device of claim 5, wherein the lower layer comprises a conductive material selected from the group consisting of titanium nitride, titanium aluminum nitride, or mixtures thereof. 제1항에 있어서, 상기 연결재는 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 20%이내에 있는 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device according to claim 1, wherein the connecting material has a coefficient of thermal expansion within 20% of the coefficient of thermal expansion of the electrode-electrolyte assembly. 제7항에 있어서, 상기 연결재는 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 약10% 이내에 있는 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.8. The electrochemical device of claim 7, wherein the connecting material has a coefficient of thermal expansion within about 10% of the coefficient of thermal expansion of the electrode-electrolyte assembly. 제8항에 있어서, 상기 연결재는 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 약5% 이내에 있는 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.9. The electrochemical device of claim 8, wherein the linking member has a coefficient of thermal expansion within about 5% of the coefficient of thermal expansion of the electrode-electrolyte assembly. 제9항에 있어서, 상기 연결재는 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 약2.5% 이내에 있는 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.10. The electrochemical device of claim 9, wherein the connector has a coefficient of thermal expansion within about 2.5% of the coefficient of thermal expansion of the electrode-electrolyte assembly. 제1항에 있어서, 상기 금속과 상기 강화재 사이에 배치된 계면제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device of claim 1, further comprising an interface agent disposed between the metal and the reinforcement material. 제11항에 있어서, 상기 계면제는 티타늄, 란타늄, 세륨, 이트륨, 실리콘, 바나듐, 철 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 반응성 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device of claim 11, wherein the surfactant comprises a reactive metal selected from the group consisting of titanium, lanthanum, cerium, yttrium, silicon, vanadium, iron, and combinations thereof. 제1항에 있어서, 상기 연결재는 적어도 약50W/m·K의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device of claim 1, wherein the connecting member has a thermal conductivity of at least about 50 W / m · K. 제13항에 있어서, 상기 연결재는 적어도 약100W/m·K의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device of claim 13, wherein the connecting member has a thermal conductivity of at least about 100 W / m · K. 제14항에 있어서, 상기 연결재는 적어도 약150W/m·K의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.15. The electrochemical device of claim 14, wherein the connecting member has a thermal conductivity of at least about 150 W / mK. 제15항에 있어서, 상기 연결재는 적어도 약220W/m·K의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.16. The electrochemical device of claim 15, wherein said linking member has a thermal conductivity of at least about 220 W / mK. 제1항에 있어서, 상기 전기화학기기는 고체 산화물 연료전지인 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device of claim 1, wherein the electrochemical device is a solid oxide fuel cell. 금속복합재; 및 상기 금속복합재에 접촉되어 있는 전극-전해질 접합체를 포함하고, Metal composites; And an electrode-electrolyte assembly in contact with the metal composite material, 상기 금속복합재는 상기 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 약10%이내에 있고 약6×10-6~14×10-6/℃의 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The metal composite material is within about 10% of the thermal expansion coefficient of the electrode-electrolyte assembly and has a thermal expansion coefficient of about 6 × 10 −6 to 14 × 10 −6 / ° C. 2 . 제18항에 있어서, 상기 금속복합재는 약10×10-6~13×10-6/℃의 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.19. The electrochemical device of claim 18, wherein the metal composite has a coefficient of thermal expansion of about 10x10 -6 to 13x10 -6 / ° C. 제19항에 있어서, 상기 금속복합재는 약11.5×10-6~12.5×10-6/℃의 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.20. The electrochemical device of claim 19, wherein the metal composite has a coefficient of thermal expansion of about 11.5 × 10 −6 to 12.5 × 10 −6 / ° C. 20. 제18항에 있어서, 상기 금속복합재는 구리 또는 구리합금이 약20부피%~80부피% 및 실리콘 카바이드가 약20부피%~80부피%인 것을 특징으로 하는 전기화학기기.19. The electrochemical device of claim 18, wherein the metal composite is about 20% to 80% by volume of copper or a copper alloy and about 20% to 80% by volume of silicon carbide. 제21항에 있어서, 상기 금속복합재는 구리가 약40부피%~60부피% 및 실리콘 카바이드가 약40부피%~60부피%인 것을 특징으로 하는 전기화학기기.The electrochemical device of claim 21, wherein the metal composite material is about 40% to 60% by volume copper and about 40% to 60% by volume silicon carbide. 제22항에 있어서, 상기 금속복합재는 구리가 약45부피% 및 실리콘 카바이드가 약55부피%인 것을 특징으로 하는 전기화학기기.23. The electrochemical device of claim 22, wherein the metal composite material is about 45 vol.% Copper and about 55 vol.% Silicon carbide. 제18항에 있어서, 상기 금속복합재는 구리 또는 구리합금이 약20부피%~80부피% 및 보론 카바이드가 약20부피%~80부피%인 것을 특징으로 하는 전기화학기기.19. The electrochemical device of claim 18, wherein the metal composite material comprises about 20% to 80% by volume of copper or a copper alloy and about 20% to 80% by volume of boron carbide. 제24항에 있어서, 상기 금속복합재는 구리가 약45부피% 및 보론 카바이드가 약55부피%인 것을 특징으로 하는 전기화학기기.25. The electrochemical device of claim 24, wherein the metal composite material is about 45% by volume copper and about 55% by volume boron carbide. 제18항에 있어서, 상기 금속복합재는 구리 또는 구리합금이 약20부피%~80부피% 및 알루미늄 옥사이드가 약20부피%~80부피%인 것을 특징으로 하는 전기화학기기.19. The electrochemical device of claim 18, wherein the metal composite material comprises about 20% to 80% by volume of copper or a copper alloy and about 20% to 80% by volume of aluminum oxide. 제18항에 있어서, 상기 금속복합재의 금속과 강화재 사이에 배치된 계면제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.19. The electrochemical device of claim 18, further comprising an interface agent disposed between the metal and the reinforcement material of the metal composite material. 제27항에 있어서, 상기 계면제는 티타늄, 란타늄, 세륨, 이트륨, 실리콘, 바나듐, 철 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 반응성 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.28. The electrochemical device of claim 27, wherein the surfactant comprises a reactive metal selected from the group consisting of titanium, lanthanum, cerium, yttrium, silicon, vanadium, iron, and combinations thereof. 구리, 산화물 분산 강화 구리, 알루미늄, 티타늄 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속과, 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 다이보라이드, 하프늄 다이보라이드, 탄탈 다이보라이드, 티타늄 다이보라이드, 실리콘 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 강화재의 금속복합재를 포함하는 연료전지에 연료 및 산화제를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 발생시키는 방법.At least one metal selected from the group consisting of copper, oxide dispersion strengthened copper, aluminum, titanium and alloys thereof, carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium diboride, hafnium Fuel comprising metal composites of at least one reinforcing material selected from the group consisting of diboride, tantalum diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminosilicate, silicon nitride, aluminum nitride and mixtures thereof Providing fuel and oxidant to the cell. 전극-전해질 접합체 및 상기 전극-전해질 접합체의 표면에 접촉되어 배치된 연결재를 포함하는 연료전지를 제공하는 단계를 포함하고; 상기 연결재는 구리 또는 구리합금과, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드 및 알루미늄 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 세라믹의 금속복합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력발생을 용이하게 하는 방법.Providing a fuel cell comprising an electrode-electrolyte assembly and a connection material disposed in contact with the surface of the electrode-electrolyte assembly; The connecting material includes copper or a copper alloy and a metal composite material of a ceramic selected from the group consisting of silicon carbide, boron carbide and aluminum oxide. 전극-전해질 접합체를 제공하는 단계; 및Providing an electrode-electrolyte assembly; And 전극-전해질 접합체의 열팽창계수의 약10%이내인 열팽창계수를 갖는 금속복합재를 포함하는 연결재를 제공하는 단계를 포함하는 연료전지의 제작방법.A method of fabricating a fuel cell, comprising providing a connecting material comprising a metal composite having a coefficient of thermal expansion within about 10% of the coefficient of thermal expansion of the electrode-electrolyte assembly. 제2항에 있어서, 상기 피복은 란타늄 니켈 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.3. The electrochemical device of claim 2, wherein said coating comprises lanthanum nickel oxide. 제18항에 있어서, 상기 금속복합재는 순수니켈, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄합금, 티타늄 및 티타늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.19. The electrochemical device of claim 18, wherein the metal composite material comprises at least one metal selected from the group consisting of pure nickel, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, titanium and titanium alloy. 제18항에 있어서, 상기 금속복합재는 그 표면상에 피복을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.19. The electrochemical device of claim 18, wherein the metal composite material comprises a coating on its surface. 제34항에 있어서, 상기 금속복합재는 니켈, 구리, 티타늄, 알루미늄, 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.35. The electrochemical device of claim 34, wherein the metal composite material comprises a metal selected from the group consisting of nickel, copper, titanium, aluminum, and alloys thereof. 제27항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 구리 또는 그 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.28. The electrochemical device of claim 27, wherein the metal comprises nickel, copper or alloys thereof. 제36항에 있어서, 상기 강화재는 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈륨 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 디보라이드, 하프늄 디보라이드, 탄탈륨 디보라이드, 티타늄 디보라이드, 실리콘 디옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 니트라이드, 알루미늄 니트라이드 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.37. The method of claim 36, wherein the reinforcing material is carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium diboride, hafnium diboride, tantalum diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide An electrochemical device comprising a material selected from the group consisting of aluminosilicate, silicon nitride, aluminum nitride and mixtures thereof. 제31항에 있어서, 상기 금속복합재는 순수니켈, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄 및 티타늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 제작방법.32. The method of claim 31, wherein the metal composite material comprises at least one metal selected from the group consisting of pure nickel, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, titanium, and titanium alloy. 제31항에 있어서, 상기 금속복합재는 그 표면상에 피복을 갖고 니켈, 구리, 티타늄, 알루미늄 및 그 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 제작방법.32. The method of claim 31, wherein the metal composite material has a coating on its surface and comprises a metal selected from the group consisting of nickel, copper, titanium, aluminum, and alloys thereof. 전극-전해질 접합체; 및Electrode-electrolyte conjugates; And 상기 전극-전해질 접합체에 접촉되어 있는 연결재를 포함하고, 상기 연결재는 순수니켈과, 탄소, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈륨 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 디보라이드, 하프늄 디보라이드, 탄탈륨 디보라이드, 티타늄 디보라이드, 실리콘 디옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미노 실리케이트, 실리콘 니트라이드, 알루미늄 니트라이드 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 강화재의 금속복합재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.A connecting material in contact with the electrode-electrolyte assembly, the connecting material comprising pure nickel, carbon, boron carbide, silicon carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium diboride, hafnium diboride, tantalum An electrochemical device comprising a metal composite of at least one reinforcing material selected from the group consisting of diboride, titanium diboride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminosilicate, silicon nitride, aluminum nitride and mixtures thereof. 제40항에 있어서, 상기 연결재의 표면상에 피복을 더 포함하고; 상기 피복은 도전성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.41. The method of claim 40, further comprising a sheath on the surface of the connecting material; And said coating comprises a conductive material. 제41항에 있어서, 상기 피복은 란타늄 스트론튬 망가나이트, 란타늄 스트론튬 크로마이트, 귀금속, 니켈, 구리, 및 란타늄 니켈 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학기기.43. The electrochemical device of claim 41, wherein the coating comprises at least one material selected from the group consisting of lanthanum strontium manganite, lanthanum strontium chromite, precious metals, nickel, copper, and lanthanum nickel oxide.
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