KR20120040008A - 반응 억제층 제조방법 및 반응 억제층을 도입한 고체산화물 연료전지의 제조방법 - Google Patents

반응 억제층 제조방법 및 반응 억제층을 도입한 고체산화물 연료전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

고체산화물 연료전지용 반응 억제층의 제조방법 및 반응 억제층을도입한 고체산화물 연료전지의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 반응 억제층은 금속물질과 유기물을 반응시켜 형성한 액상 전구체와 세라믹 분말을 혼합하여 페이스트를 제조한 후 전해질 상에 페이스트를 도포하여 소결함으로써 제조할 수 있다. 상기 반응방지층을 도입한 고체산화물 연료전지는 장기 운전시 성능 감소율이 적으며 저온 소결로 인하여 세리아 층과 지르코니아 층 사이에 반응이 일어나지 않아 높은 전도도 및 초기 성능이 개선된다.

Description

반응 억제층 제조방법 및 반응 억제층을 도입한 고체산화물 연료전지의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR REACTION BARRIER LAYER AND SOLID OXIDE FUEL CELL USING REACTION BARRIER}
본 발명은 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응 억제층을 도입한 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지는 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하는 저공해 발전방식이다.
일반적인 고체산화물 연료전지는 산소이온 전도성인 전해질의 양면에 양극(공기극)과 음극(연료극)이 부착되어 있는 형태를 갖는다.
공기극에서는 산소의 환원반응이 일어나며 산소이온이 형성되며 공기극에서 생성된 산소이온은 전해질을 통하여 연료극으로 이동하고 최종적으로 연료극에서 수소와 반응하여 물과 전기를 생성하게 된다.
가장 진보된 형태의 고체산화물 연료전지는 800℃ 미만의 중/저온에서 작동이 가능한 구조를 가지고 있다. 중/저온에서 구동이 가능한 연료전지를 구현하기 위해서는 LSCF(LaxSr1-xFe1-xO3)나 BSCF(BaxSr1 - xCoxFe1 - xO3)와 같은 페로브스카이트(perovskite) 구조의 양극, 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia (YSZ)) 또는 스칸디아 안정화 지르코니아(Scandia Stabilized Zirconia (ScSZ))의 전해질, 니켈-YSZ 또는 니켈-ScSZ와 같은 복합체가 음극으로 사용된다.
상기의 구조에서 양극과 전해질의 반응을 억제하기 위하여 양극과 전해질 사이에 세리아 계통의 반응 억제층(reaction barrier layer)등이 사용된다.
반응 억제층의 생성은 치밀화된 전해질 위에 도핑된 세리아를 입히는 공정으로서 건식 세라믹 공정과 습식 세라믹 공정이 이용될 수 있다. 건식 세라믹 공정은 양질의 세리아 층을 제조하는데 용이하나 작업의 효율성과 비용적인 측면에서 단점을 가지고 있다.
습식 세라믹 공정은 양질의 세리아 층을 얻기 어려우나 작업효율이 좋고 공정비용이 매우 저렴하다. 습식 세라믹 공정으로 대표적인 기술은 슬러리 코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅법이 있으며 이중에서도 스크린 프린팅법은 현재 알려진 기술중에서 가장 진보된 기술이다.
스크린프린팅 공정을 이용하여 세리아 층을 제조하기 위하여는 세리아 파우더를 유기 바인더인 폴리 비닐 부티랄(Poly Vinyl Butyral, PVB) 또는 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose, EC)와 용매 및 분산제나 가소제, 소포제와 같은 첨가제를 추가하여 페이스트를 제조하고 이를 음극지지체형 지르코니아 전해질 표면에 도포한 후 1,400℃ 이상에서 소결한다.
그러나 음극지지체형 전해질 기판은 1,200℃ 이상의 소결 조건에서 세리아 층과 지르코니아의 반응으로 인하여 전도도가 급격히 감소하거나(Solid State Ionics, 174(2004), 163-174) 휘어지게 되는 문제점이 나타난다.
스크린프린팅을 이용한 종래기술(Solid State Ionics, 177(2006), 2103-2107)은 세리아 층을 지르코니아 층과 양극 사이에 삽입하기 위한 기술을 개시하고 있다. 즉, Gd 도핑된 세리아(Gadolnium Doped Ceria, GDC)의 소결을 위해서 1,300℃ 이상의 소결온도와 소결 조제(sintering aids)인 코발트를 첨가하여 반응 억제층을 제조하였다.
본 기술은 1,200℃ 이상의 소결 온도가 사용되기 때문에 연료전지에 적용할 경우 셀이 휘어지게 된다. 또한, 소결 조제인 코발트의 첨가로 인하여 1,400℃ 미만에서의 소결이 가능하지만, 코발트가 불순물의 역할을 하기 때문에 연료전지의 장기 안정성에 문제가 나타난다.
또 다른 종래기술(Solid State Ionics, 177(2006), 1965-1968)은 세리아 층의 스크린프린팅에 관한 내용을 개시하고 있다. 본 기술은 세리아 층에 코발트를 도핑한 후 다공성 기판에서 1,300℃ 이상의 온도에서 소결하였으며 연료전지의 휘어짐은 나타나지 않았으나 1,200℃ 이상의 온도에서 지르코니아와 세리아의 반응으로 인하여 연료전지의 성능이 급격히 저하되었고 소결 조제의 첨가로 인해 연료전지의 장기 안정성의 문제점을 나타내었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 액상 전구체를 이용한 고체산화물 연료전지에서의 반응 억제층의 제조방법 및 이를 도입한 고체산화물 연료전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 고체 산화물 연료전지용 반응 억제층의 제조방법은 금속물질과 유기물을 반응시켜 액상 전구체를 형성하는 단계, 상기 액상 전구체에 세라믹 파우더를 혼합한 후 페이스트를 제조하는 단계, 상기 페이스트를 전해질 상에 도포하는 단계, 및 상기 페이스트가 도포된 전해질을 소결하는 단계를 포함한다.
상기 금속물질은 Gd, Sm, Yb, Y, Dy, Ho, Nd, La 및 Ca 중 선택된적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기물은 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 에틸 셀룰로오스및 폴리비닐계 물질 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 세라믹 파우더는 Gd, Sm, Yb, Y, Dy, Ho, Nd, La 및 Ca 중 선택된 적어도 하나가 도핑된 세리아인 것을 특징으로 한다.
상기 페이스트는 상기 액상 전구체와 세라믹 파우더를 혼합한 후 적어도 3회 쓰리롤 밀링에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 소결은 1,200℃ 미만에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 고체산화물 연료전지의 제조방법은 음극지지체형 전해질을 제공하는 단계, 상기 전해질 상에 세리아계 페이스트를 도포하는 단계, 상기 페이스트가 도포된 전해질을 소결하여 상기 전해질 상에 반응억제층을 형성하는 단계, 상기 반응억제층 상에 양극물질을 도포하는 단계, 및 상기 양극물질을 소결하는 단계를 포함한다.
상기 페이스트의 도포는 적어도 2회 스크린 프린팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 페이스트의 도포는 6마이크론(micron) 이상의 두께를 갖도록 이루어진다.
상기 페이스트가 도포된 상기 음극지지체형 전해질의 소결은 1,200℃ 이하에서 적어도 2시간 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은, 본 발명에 의한 반응 억제층을 도입한 고체산화물 연료전지에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
코발트와 같은 소결 조제를 첨가하지 않아도 저온 소결이 가능하므로 연료전지의 장기 운전시 성능 감소율이 작은 특징을 갖는다.
또한, 저온 소결로 인하여 세리아 층과 지르코니아 층 사이에서 반응이 일어나지 않기 때문에 높은 전도도 및 초기 성능이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 액상 전구체를 이용하여 세라믹 페이스트를제조 후 반응 억제층의 제조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 액상 전구체의 제조 메커니즘을 도시한 도면이다.
도 3은 세라믹 페이스트를 도입한 고체산화물 연료전지의 제작공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 반응 억제층이 도입된 고체산화물 연료전지의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 반응 억제층이 도입된 고체산화물 연료전지의 세리아 층의 표면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 세라믹 페이스트를 이용하여 세리아 층이 도입된 고체산화물 연료전지의 임피던스 특성 곡선을 나타낸 도면이다.
도 7은 종래의 방법으로 세리아 층을 도입한 고체산화물 연료전지의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은 고체산화물 연료전지의 성능 비교 곡선을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 고체산화물 연료전지용 반응 억제층의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 고체산화물 연료전지용 반응억제층의 제조방법은 금속물질과 유기물을 반응시켜 액상 전구체를 형성하는 단계, 상기 액상 전구체에 세라믹 파우더를 혼합한 후 페이스트를 제조하는 단계, 상기 페이스트를 전해질 상에 도포하는 단계, 및 상기 페이스트가 도포된 전해질을 소결하는 단계를 포함한다.
도 2는 액상 전구체(liquid precursor)가 형성되는 반응 메커니즘을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 금속물질과 혼합된 에틸렌 글리콜은 질산 용액과 같은 산성 조건하에서 가열하면 에틸렌 글리콜이 금속물질과 착화합물을 형성하게 된다.
상기 금속물질은 Gd, Sm, Yb, Y, Dy, Ho, Nd, La 및 Ca 중 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있으며 유기물과 반응하여 착화합물을 형성할 수 있는 물질이면 어느 것이나 가능하다.
이후에, 에틸렌 글리콜은 축합 중합반응을 일으키고 최종적으로 고점도의 고분자 액상 전구체가 된다.
상기 에틸렌 글리콜 이외에도 고분자 중합을 일으킬 수 있으며 금속과 착화합물을 형성할 수 있는 셀룰로오스가 사용될 수 있으며 비닐 계통의 고분자 물질도 액상 전구체 형성에 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 에틸렌 글리콜 이외에도 폴리에틸렌 글리콜, 에틸 셀룰로오스 및 폴리비닐계 물질이 사용될 수 있다.
중합반응을 일으키기 위해서는 혼합된 용액은 80~100℃ 범위에 유지하면서 장시간 혼합한다. 축합 중합에 의해 생성된 물과 질산 용액에 존재하는 물은 증발하며 일정 시간의 중합 반응후 용액의 점도가 크게 증가하여 고점도의 겔이 형성된다.
용액의 점도가 5,000~20,000 cps 가 되면 반응을 멈추고 최종 생성된 액상 전구체 용액을 회수한다.
상기 제조된 액상 전구체를 GDC(Gadolinium Doped Ceria)와 같은 도핑된 세리아 분말과 혼합한다.
이 경우, 상기 세리아 분말은 Gd 이외에도 Sm, Yb, Y, Dy, Ho, Nd, La 및 Ca 중 선택된 적어도 하나가 도핑된 세리아로 이루어질 수 있다.
액상 전구체와 혼합된 세리아 분말을 쓰리롤 밀링을 이용하여 원하는 조성의 페이스트로 제조한다.
쓰리롤 밀링은 세리아 분말과 전구체의 균질한 혼합을 위하여 3회 이상 수행하는 것이 바람직하다.
액상 전구체와 세리아 분말의 혼합비는 50:50 정도가 바람직하지만 제조되는 페이스트의 점도와 특성에 따라 전구체의 비율을 30~70% 까지 변경할 수 있다.
전구체의 비율이 30% 미만으로 페이스트가 제조될 경우, 세리아 층의 소결성이 감소하여 최종 제품의 품질이 저하된다.
한편, 70% 초과하여 전구체가 혼합될 경우 페이스트에서 기포 생성 및 건조 공정에서의 크랙등이 발생하여 작업이 용이하지 않게 된다.
최종적으로 제조된 페이스트의 분산 및 점도 특성에 따라, 분말 대비 1~2% 범위의 분산제와 가소제와 같은 첨가제를 추가할 수 있다.
상기 제조된 페이스트를 전해질 상에 도포한 후 1,200℃ 미만의 온도로 소결함으로써 고체산화물 연료전지용 반응 억제층을 형성할 수 있다.
도 3은 음극지지체형 전해질에 세리아계 페이스트를 도포한 후 소결하여 반응 억제층이 형성된 고체산화물 연료전지의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 고체산화물 연료전지의 제조방법은 음극지지체형 전해질을 제공하는 단계, 상기 전해질 상에 세리아계 페이스트를 도포하는 단계, 상기 페이스트가 도포된 전해질을 소결하여 상기 전해질 상에 반응억제층을 형성하는 단계, 상기 반응억제층 상에 양극물질을 도포하는 단계, 및 상기 양극물질을 소결하는 단계를 포함한다.
상기 음극지지체형 전해질은 니켈-YSZ(Yytrium Stabilized Zirconia) 또는 니켈-ScSZ(Scandia Stabilized Zirconia) 등으로 이루어진 음극지지체에 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia) 또는 스칸디아 안정화 지르코니아(Scandia Stabilized Zirconia) 등으로 이루어진 전해질이 형성된 것을 말한다.
상기 세리아계 페이스트의 도포는 금속물질과 유기물을 반응시켜 형성된 액상 전구체에 세리아계 분말을 혼합 후 쓰리롤 밀링등의 방법을 이용하여 원하는 조성의 세리아 페이스트를 만든 후 이를 전해질 상에 도포하는 것을 말한다.
상기 세리아계 페이스트가 도포된 전해질을 1,200℃ 이하의 온도에서 소결하여 상기 전해질 상에 반응 억제층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반응 억제층 상에 LSCF(LaxSr1 - xFe1 - xO3)나 BSCF(BaxSr1 - xCoxFe1 - xO3)등으로 이루어진 양극 물질을 도포한 후 다시 1,200℃ 이하의 온도에서 소결시킴으로써 고체산화물 연료전지의 단위셀을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 반응 억제층이 도입된 고체산화물 연료전지를 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
도 1은 액상 전구체를 이용한 고체산화물 연료전지의 반응 억제층의 제조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 제조하고자 하는 세리아 층(반응 억제층)의 구성 물질과 동일한 질산염 형태의 구성 물질을 양론비에 맞게 혼합하였다. 보다 상세하게, Gd0 .1Ce0 .9O3로 구성된 세리아 층 형성을 위한 페이스트 제조를 위해 Gd(NO3)2 0.1mol과 Ce(NO3)3 0.9mol을 정확하게 칭량하여 혼합하였다.
이 경우, 세리아 층의 구성 성분에 따라 상기 물질들의 종류 및 양을 조절할 수 있다.
상기 준비된 질산염 혼합물을 1 노르말 농도의 질산에 녹였다. 이때, 질산염 혼합물은 1 노르말 농도의 질산 용액의 1.5~3.0배에 해당하는 중량을 지니는 것이 바람직하다.
질산염 혼합물이 1.5배 미만으로 존재하는 경우, 고점도의 액상 전구체를 얻는데 오랜 반응 시간이 필요하게 되고 최종 소결품의 품질이 좋지 않게 된다. 한편, 질산염 혼합물이 3.0배 이상으로 과량 투입될 경우에는 일부가 금속 착화합물을 형성하지 않아 균질한 전구체를 형성할 수 없다.
상기 질산염 혼합물을 질산에 잘 녹인 후에는 에틸렌 글리콜을 투여하였다. 에틸렌 글리콜의 양은 최종적으로 얻어지는 액상 전구체의 점도에 따라서 다르게 혼합할 수 있으나 에틸렌 글리콜의 양은 1 노르말 농도의 질산 용액의 무게 대비 1.2~2.8 배로 투여되는 것이 바람직하다.
에틸렌 글리콜이 소량 투여되면 최종적인 겔을 얻는데 오랜 반응시간이 필요하고 작업성에서 효율이 좋지 않으며 과량 투여되면 페이스트에서의 무기물 함량이 낮아지게 되어 소결후 세리아 층의 소결에 문제가 나타날 수 있다.
질산에 녹은 질산염 혼합물과 에틸렌 글리콜의 혼합 용액은 80~100℃ 사이에서 유지시키면서 장시간 혼합하면 중합반응이 일어나며 축합 중합에 의해 형성된 물과 질산 용액에 존재하는 물이 증발하여 용액의 점도가 크게 증가하여 점도가 5,000cps 이상의 액상 전구체 용액을 얻었다.
상기 액상 전구체를 가돌리늄이 도핑된 세리아 분말과 혼합한 후 쓰리롤 밀링을 3회 이상 수행하여 원하는 조성의 페이스트로 제조하였다.
도 3은 음극지지체형 전해질에 세리아로 구성된 반응 억제층이 도이된 고체산화물 연료전지 단위 셀을 제조하는 공정을 도시한 도면이다.
상기 페이스트를 음극지지체형 전해질 상에 스크린프린팅법을 이용하여 도포하였다. 이 경우, 스크린프린팅은 2회 이상 수행하였으며 도포된 세리아 층의 두께는 6㎛ 이었다.
세리아 층의 두께가 6㎛ 미만의 경우, 반응 억제층으로서의 역할을못하게 되며 지르코니아 전해질 표면은 양극에서 확산된 스트론튬(Sr)과 반응하여 SrZrO3를 형성할 수 있다.
세리아 층을 스크린프린팅 한 후 세리아 페이스트가 도포된 음극지지체형 전해질을 1,200℃ 이하의 온도에서 2시간 이상 소결하였다.
세리아 층의 소결이 끝난 후 양극 물질을 도포하고 다시 한 번 소결하여 고체산화물 연료전지의 단위 셀을 제조하였다.
도 4는 본 발명에 의해 제조된 고체산화물 연료전지의 세리아로 구성된 반응 억제층의 단면을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 소결 조제 없이도 1,200℃ 이하의 온도에서 소결이 가능하여 세리아층이 지르코니아 전해질에 잘 부착되어 있음을 알 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 음극지지체형 고체산화물 연료전지의 특성 개선 효과를 측정하기 위하여 직경 2.8cm의 버튼으로 구성된 음극지지체형 전해질을 제작하고 전해질 상에 본 발명에 의한 GDC 페이스트(실시예)와 종래의 방법으로 제조된 코발트 도핑된 GDC 페이스트(비교예)를 이용하여 지르코니아 전해질 상에 세리아 층을 약 6㎛ 두께로 형성한 후 1,200℃에서 2시간 정도 소결하였다.
연료전지 단위 셀 제작을 위하여, 세리아 층이 소결된 기판 상에 LSCF 양극 물질을 도포하고 1,040℃에서 3시간 소결하여 본 발명에 의한 연료전지와 종래기술에 의한 연료전지를 제조하였다.
제조된 연료전지는 두 가지 방법을 이용하여 평가하였다. 먼저, 장기 성능의 비교를 위하여 임피던스 특성 분석을 하였으며 성능 개선을 판단하기 위하여 전류-전압 특성 곡선을 측정하였다.
임피던스 측정은 수소 200 ml를 흘려 주면서 산소를 1,000 ml/min의 속도로 흘려주어 750℃, OCV 상태에서의 임피던스를 시간에 따라서 측정하였다.
전류-전압 특성 곡선은 동일한 조건하에서 전류를 인가하면서 그에 따른 전압 변화를 통해 연료전지 성능을 분석한 것이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 의한 페이스트와 종래기술에 의한페이스트를 이용한 GDC층의 시간에 따른 임피던스 특성 곡선을 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 페이스트를 이용한 셀의 경우 시간에 따른 성능 감소가 나타나지 않으나 종래기술에 의한 페이스트를 이용할 경우 시간에 따라 옴 저항과 분극 저항이 모두 지속적으로 증가함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 페이스트가 장기 성능에서 안정성을 지니고 있음을 알 수 있었다.
초기 저항을 비교해 볼 때 실시예 및 비교예 모두 0.36 Ωcm2로 동일한 분극 저항을 가짐으로써 양극 저항은 동일함을 알 수 있으나 옴 저항의 경우에는 본원 발명에 의한 페이스트를 사용한 셀은 약 0.15 Ωcm2, 종래 기술에 의한 페이스트를 사용한 경우는 0.32 Ωcm2 로서 본원 발명을 통해 제조된 반응 억제층의 저항이 낮음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에서 개발된 페이스트(실시예)와 종래 기술에 의한 페이스트(비교예)를 이용해 제조된 단전지의 750℃에서의 성능 곡선을 보여주고 있다.
본원 발명에 의한 페이스트의 경우 종래 기술에 의한 페이스트를 이용한 방법에 비해서 약 20% 정도의 성능이 향상되었음을 알 수 있다.
본 발명은 고체산화물 연료전지의 구성요소인 세리아층 제조에 있어서 종래 기술이 소결 조제를 사용해야 하는 단점을 개선하여 소결 조제 없이 1200℃ 미만의 저온에서 소결이 가능한 반응 억제층 제조용 페이스트를 제조하고 이를 연료전지에 적용하여 반응 억제층을 형성하는 것을 기술적 특징으로 한다.
즉, 종래의 세라믹 페이스트 제조를 위해 사용되는 PVB(Poly Vinyl Butyral) 또는 에틸 셀룰로오스 (Ethyl Cellulose, EC)와 같은 유기 바인더나 알파-터피네올 (α-Terpineol)과 같은 용매를 사용하지 않고 액상 전구체와 세리아 계통의 파우더만을 이용하여 스크린프린팅용 페이스트를 제조 하는 것을 특징으로 한다.
새로운 구성의 페이스트를 이용하여 연료전지의 전해질 표면 위에 반응 억제층을 제조할 경우, 소결 조제가 들어가지 않기 때문에 연료전지의 장기 운전시 안정성이 확보되고 액상 전구체를 이용하기 때문에 페이스트에서의 무기물 함량이 증가하는 효과를 가져와 소결 후 세리아층의 기공도가 줄어 연료전지 셀에서의 저항 성분을 감소시켜 성능을 증가시킬 수 있다.
또한, 새로운 구성의 페이스트에 함유된 액상 전구체 내의 무기물은 소결 공정 동안 산화물 형태로 존재하게 되어 세리아 분말 입자의 소결을 촉진하여 1,200℃ 이하의 저온에서 소결이 가능하게 된다.
또한, 1,200℃ 이하의 저온 소결이 가능하게 되어 셀의 휘어짐을 억제할 수 있고 전해질과 반응이 일어나지 않아 높은 전기 전도도를 확보 할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 금속물질과 유기물을 반응시켜 액상 전구체를 형성하는 단계;
    상기 액상 전구체에 세라믹 파우더를 혼합한 후 페이스트를 제조하는 단계;
    상기 페이스트를 전해질 상에 도포하는 단계; 및
    상기 페이스트가 도포된 전해질을 소결하는 단계를 포함하는
    고체산화물 연료전지용 반응억제층의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속물질은 Gd, Sm, Yb, Y, Dy, Ho, Nd, La 및 Ca 중 선택된적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 반응억제층의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기물은 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 에틸 셀룰로오스및 폴리비닐계 물질 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 반응억제층의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 Gd, Sm, Yb, Y, Dy, Ho, Nd, La 및 Ca 중 선택된 적어도 하나가 도핑된 세리아인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 반응억제층의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이스트는 상기 액상 전구체와 세라믹 파우더를 혼합한 후 적어도 3회 쓰리롤 밀링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 반응억제층의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결은 1,200℃ 미만에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 반응억제층의 형성방법.
  7. 음극지지체형 전해질을 제공하는 단계;
    상기 전해질 상에 세리아계 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 페이스트가 도포된 전해질을 소결하여 상기 전해질 상에 반응억제층을 형성하는 단계;
    상기 반응억제층 상에 양극물질을 도포하는 단계; 및
    상기 양극물질을 소결하는 단계를 포함하는
    고체산화물 연료전지의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 페이스트의 도포는 적어도 2회 스크린 프린팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 페이스트의 도포는 6마이크론(micron) 이상의 두께를 갖도록 이루어지는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 페이스트가 도포된 상기 음극지지체형 전해질의 소결은 1,200℃ 이하에서 적어도 2시간 이상 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
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