KR20120074790A - Solid oxide fuel cell and method of preparing same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solid oxide fuel cell and a manufacturing method thereof are provided to prevent electric current density and performance degradation due to diffusion of the chrome or volatilization. CONSTITUTION: A solid oxide fuel cell comprises an air electrode supporter(11), air electrodes(10) which includes a diffusion stopper(13) located in one side of the air electrode supporter and an air electrode functional layer(15) located in one of the diffusion stopper, a fuel anode(40), and an electrolyte(30) located between the air electrode and the fuel anode. A manufacturing method of the solid oxide fuel cell comprises the following steps: a step of forming a laminate by laminating an air electrode supporter, a diffusion stopper, an air electrode functional layer, electrolyte, and the fuel anode successively; and a step of sintering the laminate.

Description

고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법{SOLID OXIDE FUEL CELL AND METHOD OF PREPARING SAME}Solid oxide fuel cell and its manufacturing method {SOLID OXIDE FUEL CELL AND METHOD OF PREPARING SAME}

본 발명은 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a method of manufacturing the same.

고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)는 연료극(anode), 전해질 및 공기극(cathode)을 포함하며, 연료극, 전해질 및 공기극을 포함하는 단위전지가 하나 이상 적층될 구조를 가질 수 있다.A solid oxide fuel cell (SOFC) includes an anode, an electrolyte, and a cathode, and may have a structure in which one or more unit cells including the anode, the electrolyte, and the cathode are stacked.

상기 전해질은 산소 이온이 이동하는 통로 역할을 하는 것으로서, 이 전해질의 양면에 연료극과 공기극이 위치한다. 또한, 전해질과 공기극 사이에서 반응이 일어나는 것을 방지하기 위해 버퍼(buffer)층을 더욱 포함할 수도 있다.The electrolyte serves as a passage through which oxygen ions move, and the anode and the cathode are positioned on both sides of the electrolyte. In addition, a buffer layer may be further included to prevent a reaction between the electrolyte and the cathode.

아울러, 고체산화물 연료 전지는, 하나의 단위전지의 공기극과 다른 단위전지의 연료극을 전기적으로 연결하기 위하여, 분리판(separator)을 포함한다. In addition, the solid oxide fuel cell includes a separator to electrically connect the cathode of one unit cell and the anode of another unit cell.

본 발명의 일 구현예는 공기극의 집전 효율이 증가되어, 장시간 운전시에도향상된 성능 열화 현상, 특히 전류밀도 저하 현상이 나타나지 않는, 즉 수명 특성이 우수한 고체산화물 연료전지를 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell having an excellent lifespan characteristics due to an increase in the current collecting efficiency of the cathode, which does not exhibit an improved performance deterioration phenomenon, in particular, a current density deterioration phenomenon even during long time operation.

본 발명의 다른 일 구현예는 고체산화물 연료전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

본 발명의 일 구현예는 공기극 지지체; 상기 공기극 지지체의 일면에 위치하는 확산 방지층; 및 이 확산 방지층의 일면에 위치하는 공기극 기능층을 포함하는 공기극; 연료극; 및 상기 공기극과 연료극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 고체산화물 연료전지를 제공한다.One embodiment of the invention the air cathode support; A diffusion barrier layer on one surface of the cathode support; And a cathode including a cathode functional layer located on one surface of the diffusion barrier layer. Fuel electrode; And it provides a solid oxide fuel cell comprising an electrolyte located between the air electrode and the fuel electrode.

상기 확산 방지층은 La, Sr, Mn, Co, Fe, Ni, Cr 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 확산 방지층은 페로브스카이트 또는 스피넬 구조를 갖는 산화물을 포함할 수 있다.The diffusion barrier layer may include an oxide including a metal selected from the group consisting of La, Sr, Mn, Co, Fe, Ni, Cr, and a combination thereof, or a mixture thereof. The diffusion barrier layer may include an oxide having a perovskite or spinel structure.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 확산 방지층의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the thickness of the diffusion barrier layer may be 1㎛ to 50㎛.

상기 공기극 지지체는 스테인레스 스틸 또는 금속 합금일 수 있다. The cathode support may be stainless steel or a metal alloy.

상기 공기극 지지체는 메쉬(mesh) 형상 또는 폼(foam) 형상일 수 있다.The cathode support may have a mesh shape or a foam shape.

상기 공기극 지지체는Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 더욱 포함할 수 있다. 이 첨가제의 함량은 상기 스테인레스 스틸 또는 금속 합금 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하일 수 있다.The cathode support is Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd and combinations thereof An oxide containing a metal selected from, or a mixture thereof may be further included as an additive. The content of the additive may be 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the stainless steel or the metal alloy.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 공기극과 상기 전해질 사이에 확산억제층을 더욱 포함할 수도 있다.In one embodiment of the present invention, a diffusion suppression layer may be further included between the cathode and the electrolyte.

본 발명의 다른 일 구현예는, 공기극 지지체, 확산방지층, 공기극 기능층, 전해질 및 연료극을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계 및 상기 적층체를 소결하는 단계를 포함하는 고체산화물 연료전지의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention, the cathode support, the diffusion barrier layer, the cathode functional layer, the electrolyte and the anode by sequentially stacking the laminate to form a solid oxide fuel cell comprising the step of sintering the laminate Provide a method.

상기 확산방지층은 상기 확산 방지층은 테이프 캐스팅 또는 스크린 프린팅법으로 제조할 수 있다.The diffusion barrier layer may be prepared by tape casting or screen printing.

상기 공기극 지지체는 스테인레스 스틸 분말 또는 금속 합금 분말을 포함하는 슬러리를 이용하여 제조할 수 있고, 상기 슬러리는 Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 더욱 포함할 수 있다. 이때, 상기 첨가제의 함량은 상기 스테인레스 스틸 분말 또는 상기 금속 합금 분말 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하일 수 있다.The cathode support may be prepared using a slurry including a stainless steel powder or a metal alloy powder, the slurry is Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, An oxide including a metal selected from the group consisting of Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd, and combinations thereof, or a mixture thereof may be further included as an additive. In this case, the content of the additive may be 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the stainless steel powder or the metal alloy powder.

상기 적층체를 소결하는 단계는 불활성 분위기 또는 환원 분위기에서 실시할 수 있다.Sintering the laminate may be carried out in an inert atmosphere or a reducing atmosphere.

본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지는 확산 방지층이 공기극 지지체와 공기극 기능층 사이에 존재하므로, 공기극 지지체에서 크롬의 확산 또는 휘발에 의한 성능 저하, 특히 전류 밀도 저하를 억제할 수 있어, 연료전지를 장시간 운전하여도 전지 성능이 열화되지 않는다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지는 장수명 특성을 나타낼 수 있다.In the solid oxide fuel cell according to the exemplary embodiment of the present invention, since the diffusion barrier layer is present between the cathode support and the cathode functional layer, it is possible to suppress a decrease in performance due to diffusion or volatilization of chromium in the cathode support, particularly a decrease in current density. Battery performance does not deteriorate even if the fuel cell is operated for a long time. That is, the solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention may exhibit long life characteristics.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지를 제조하는 방법을 나타내는 공정도.1 is a view schematically showing the configuration of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a process diagram showing a method of manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 이하 설명으로 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며, 명세서 전체에서 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. Parts not related to the description are omitted in the drawings in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지는 공기극 지지체; 상기 공기극 지지체의 일면에 위치하는 확산 방지층; 및 이 확산 방지층의 일면에 위치하는 공기극 기능층을 포함하는 공기극; 연료극; 및 상기 공기극 및 연료극 사이에 위치하는 전해질을 포함한다.Solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention is a cathode support; A diffusion barrier layer on one surface of the cathode support; And a cathode including a cathode functional layer located on one surface of the diffusion barrier layer. Fuel electrode; And an electrolyte positioned between the air electrode and the fuel electrode.

이와 같이, 상기 확산 방지층이 공기극 지지체와 공기극 기능층 사이에 존재하므로, 공기극 지지체에 포함된 금속이 확산되거나 휘발됨에 따른, 공기극의 성능 저하, 특히 전류 밀도 저하를 억제할 수 있다. 또한 확산 방지층이 공기극 지지체와 공기극 기능층 사이에 존재하므로, 연료전지를 장시간 운전시 발생할 수 있는 성능 열화 현상을 억제할 수 있다. As such, since the diffusion barrier layer is present between the cathode support and the cathode functional layer, it is possible to suppress a decrease in performance of the cathode, particularly a decrease in current density, as the metal included in the cathode support is diffused or volatilized. In addition, since the diffusion barrier layer is present between the cathode support and the cathode functional layer, it is possible to suppress performance deterioration that may occur when the fuel cell is operated for a long time.

상기 확산 방지층은 전기전도도가 높은 물질을 포함하며, 그 구체적인 예로, La, Sr, Mn, Co, Fe, Ni, Cr 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 확산 방지층의 보다 구체적인 예로는 LaNixFe1-xO3(x: 0.05-0.85)를 들 수 있다. 상기 확산 방지층은 페로브스카이트 또는 스피넬 구조를 갖는 산화물을 포함할 수 있다.The diffusion barrier layer includes a material having high electrical conductivity, and specific examples thereof include an oxide including a metal selected from the group consisting of La, Sr, Mn, Co, Fe, Ni, Cr, and combinations thereof, or a mixture thereof. It may include. More specific examples of the diffusion barrier layer may include LaNi x Fe 1-x O 3 (x: 0.05-0.85). The diffusion barrier layer may include an oxide having a perovskite or spinel structure.

이와 같이, 전기전도도가 높은 확산 방지층을 공기극 지지체와 공기극 기능층 사이에 위치시킴에 따라, 이를 포함하는 연료전지 운전시, 이온이 공기극 지지체로부터, 공기극 기능층으로 용이하게 이동할 수 있다. As such, since the diffusion preventing layer having high electrical conductivity is positioned between the cathode support and the cathode functional layer, during operation of a fuel cell including the same, ions can be easily moved from the cathode support to the cathode functional layer.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 확산 방지층의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 상기 확산 방지층의 두께가 상기 범위에 포함되는 경우, 산소 이동에 영향을 미치지 않으면서 확산 방지 역할을 효과적으로 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the diffusion barrier layer may be 1㎛ to 50㎛. When the thickness of the diffusion barrier layer is included in the range, it can effectively play a role of diffusion prevention without affecting the oxygen migration.

상기 공기극 지지체는 스테인레스 스틸 또는 금속 합금일 수 있다.The cathode support may be stainless steel or a metal alloy.

상기 금속 합금은 철계 합금, 또는 니켈계 합금일 수 있다. 상기 철계 합금 또는 니켈계 합금은 철 또는 니켈 이외에, 크롬, 망간, 몰리브덴, 티타늄, 이트륨, 란타늄 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이와 같이 공기극 지지체가 금속으로 이루어지므로 우수한 전기전도도를 나타낼 수 있다.The metal alloy may be an iron-based alloy or a nickel-based alloy. The iron-based alloy or nickel-based alloy may include, in addition to iron or nickel, chromium, manganese, molybdenum, titanium, yttrium, lanthanum, or a combination thereof. In this way, since the cathode support is made of metal, it may exhibit excellent electrical conductivity.

상기 공기극 지지체는 집전체로서의 역할도 할 수 있으며, 결과적으로 종래 은 또는 백금으로 구성된 고가의 집전체를, 스테인레스 스틸 또는 금속 합금 지지체로 대체할 수 있으므로, 경제적이다. 또한, 스테인레스 스틸 또는 금속 합금을 포함하는 공기극 지지체는 탄성이 있어, 실링(sealing)하기가 쉽고, 기계적 강도가 높은 장점이 있다.The cathode support can also serve as a current collector, and as a result, an expensive current collector made of silver or platinum can be replaced with a stainless steel or metal alloy support, which is economical. In addition, the cathode support including stainless steel or a metal alloy is elastic, so that it is easy to seal, and the mechanical strength is high.

상기 공기극 지지체는 다공질 형상일 수 있으며, 그 예로 메쉬(mesh) 형상 또는 폼(foam) 형상일 수 있다. The cathode support may have a porous shape, for example, may have a mesh shape or a foam shape.

상기 공기극 지지체는 Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 더욱 포함할 수 있다. 또한, 이 첨가제의 함량은 스테인레스 스틸 또는 금속 합금 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하일 수 있고, 바람직하게는 0.1 중량부 내지 20 중량부일 수 있다. The cathode support is Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd and combinations thereof An oxide containing a metal selected from, or a mixture thereof may be further included as an additive. In addition, the content of the additive may be 20 parts by weight or less, preferably 0.1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of stainless steel or metal alloy.

공기극 지지체가 상기 금속의 산화물을 더욱 포함하는 경우, 금속 지지체의 과소결을 보다 잘 억제할 수 있어, 원하는 기공도를 잘 확보할 수 있다.In the case where the cathode support further contains the oxide of the metal, it is possible to better suppress the sintering of the metal support, thereby ensuring the desired porosity.

상기 공기극 기능층은 페로브스카이트 구조인 La1-xSrxMnO3(x: 0.05-0.85, LSM), La1-xSrxCoyFe1-yO3(x: 0.05-0.85, y: 0.05-0.85, LSCF) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The cathode functional layer is a perovskite structure of La 1-x Sr x MnO 3 (x: 0.05-0.85, LSM), La 1-x Sr x Co y Fe 1-y O 3 (x: 0.05-0.85, y: 0.05-0.85, LSCF) or a combination thereof.

본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지는 상기 공기극과 전해질 사이에 확산억제층을 더욱 포함할 수도 있다. The solid oxide fuel cell according to the exemplary embodiment of the present invention may further include a diffusion suppression layer between the cathode and the electrolyte.

상기 확산억제층(105)은 Ce을 주성분으로 하는 산소 이온 전도체를 포함할 수 있다. 상기 산소 이온 전도체의 예로는 가돌리아 도핑된 세리아(gadolinia doped ceria, Ga1-xCexOy(x=0.1-0.2, y=1.5-2.5)를 들 수 있고, 또한 가돌리움 대신 사마륨이 도핑된 세리아, 이트륨이 도핑된 세리아 또한 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The diffusion suppression layer 105 may include an oxygen ion conductor having Ce as a main component. Examples of the oxygen ion conductor include gadolinia doped ceria, Ga 1-x Ce x O y (x = 0.1-0.2, y = 1.5-2.5), and samarium instead of gadolium is used. Doped ceria and yttrium doped ceria may also be used, but is not limited thereto.

확산억제층이 공기극과 전해질 사이에 위치함에 따라, 공기극과 전해질간의 반응을 방지할 수 있다.As the diffusion suppression layer is positioned between the cathode and the electrolyte, the reaction between the cathode and the electrolyte can be prevented.

상기 전해질은 Zr을 주성분으로 하는 산소 이온 전도체를 포함할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 이트리아 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia: YSZ), La1-xSrxGa1-yMgyO3-α(LSGM, 0.1 ≤ x ≤0.4, 0.1 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ α ≤ 0.5) 또는 이들의 조합을 들 수 있다.The electrolyte may include an oxygen ion conductor mainly composed of Zr, and specific examples thereof include yttria stabilized zirconia (YSZ), La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y O 3-α ( LSGM, 0.1 ≦ x ≦ 0.4, 0.1 ≦ y ≦ 0.4, 0 ≦ α ≦ 0.5) or a combination thereof.

상기 연료극은 산화니켈과 같은 금속 산화물, 이트리아 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia, YSZ), Ni 도핑된 YSZ, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 이트리아 안정화 지르코니아는 ZrO2가 도핑된 Y2O3로서, ZrO2의 도핑양은 적절하게 조절할 수 있고, 상기 Ni 도핑된 YSZ의 Ni 도핑량 또한 적절하게 조절할 수 있다. The anode may be a metal oxide such as nickel oxide, yttria stabilized zirconia (YSZ), Ni doped YSZ, or a combination thereof. The yttria-stabilized zirconia is a Y 2 O 3 with ZrO 2 is doped, the doping amount of the ZrO 2 may be appropriately adjusted, Ni doped amount of the Ni-doped YSZ also can be appropriately adjusted.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 구조는 확산억제층을 더욱 포함하는 구조이나, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지에서 확산억제층은 포함될 수도 있고, 포함되지 않을 수도 있음은 물론이다.A solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention having such a configuration is shown in FIG. 1. The structure shown in FIG. 1 further includes a diffusion suppression layer, but as described above, the diffusion suppression layer may or may not be included in the solid oxide fuel cell according to the exemplary embodiment of the present invention. .

도 1에 나타낸 고체산화물 연료전지는, 공기극(10), 전해질(30) 및 연료극(40)을 포함하며, 상기 공기극(10)은 공기극 지지체(11), 확산 방지층(13) 및 공기극 기능층(15)를 포함한다. 또한, 상기 공기극(10), 특히 공기극 기능층(15)과 상기 전해질(30) 사이에 확산억제층(20)을 포함한다.The solid oxide fuel cell shown in FIG. 1 includes a cathode 10, an electrolyte 30, and an anode 40, and the cathode 10 includes an anode support 11, a diffusion barrier layer 13, and an anode functional layer ( 15). In addition, a diffusion suppression layer 20 is included between the cathode 10, in particular the cathode functional layer 15, and the electrolyte 30.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 고체산화물 연료전지는 공기극 지지체, 확산 방지층, 공기극 기능층, 전해질 및 연료극을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계 및 이 적층체를 소결하는 단계를 포함하는 제조 방법으로 제조될 수 있다. 이하, 상기 제조 방법을 첨부된 도 2를 들어 상세하게 설명하기로 한다.Solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention having such a configuration to form a laminate by sequentially stacking the cathode support, the diffusion barrier layer, the cathode functional layer, the electrolyte and the anode to form a laminate and sintering the laminate It can be prepared by a manufacturing method comprising. Hereinafter, the manufacturing method will be described in detail with reference to FIG. 2.

먼저, 공기극 지지체, 확산 방지층, 공기극 기능층, 전해질 및 연료극을 각각 제조한다(S200). 상기 공기극 지지체는 테이프 캐스팅법 또는 압출법으로 제조할 수 있고, 상기 확산 방지층은 테이프 캐스팅 또는 스크린 프린팅법으로 제조할 수 있다. 또한 상기 공기극 기능층, 전해질 및 연료극은 테이프 캐스팅법, 스크린 인쇄법, 습식 스프레이법 중 하나 이상의 방법으로 제조할 수 있다. 상기 테이프 캐스팅법, 압출법, 스크린 인쇄법, 습식 스프레이법은 당해 분야에 널리 알려진 사항이므로, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하여도 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 쉽게 이해될 수 있는 사항임이 분명하다.First, a cathode support, a diffusion barrier layer, a cathode functional layer, an electrolyte, and an anode are respectively manufactured (S200). The cathode support may be manufactured by tape casting or extrusion, and the diffusion barrier layer may be manufactured by tape casting or screen printing. In addition, the cathode functional layer, the electrolyte, and the anode may be manufactured by at least one of a tape casting method, a screen printing method, and a wet spray method. Since the tape casting method, the extrusion method, the screen printing method, and the wet spray method are well known in the art, it is obvious that the details can be easily understood by those skilled in the art even if the detailed description is omitted herein.

상기 공기극 지지체는 스테인레스 스틸 분말 또는 금속 합금 분말과, 바인더, 분산제 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅법 또는 압출법으로 형성할 수 있다. 상기 용매로는 물, 에탄올, 톨루엔 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더로는 폴리비닐부티랄을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 당해 분야에서 사용될 수 있는 바인더는 어떠한 것도 사용될 수 있음은 물론이다. 또한 상기 분산제로는 BYK2001을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당해 분야에서 사용될 수 있는 분산제는 어떠한 것도 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 스테인레스 스틸 분말 또는 합금 분말, 바인더, 분산제 및 용매의 사용량은 적절하게 조절하면 된다.The cathode support may be prepared by mixing a stainless steel powder or a metal alloy powder, a binder, a dispersant, and a solvent to prepare a slurry, and using the slurry to form a slurry by tape casting or extrusion. The solvent may be water, ethanol, toluene or a mixture thereof, but is not limited thereto. Polyvinyl butyral may be used as the binder, but is not limited thereto, and any binder that may be used in the art may be used. In addition, BYK2001 may be used as the dispersant, but is not limited thereto, and any dispersant that may be used in the art may be used. In addition, the usage-amount of the said stainless steel powder or alloy powder, a binder, a dispersing agent, and a solvent should just be adjusted suitably.

이때, 상기 슬러리에 Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 더욱 첨가할 수도 있다. 이러한 첨가제의 첨가량은, 상기 스테인레스 분말 또는 합금 분말 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.1 중량부 내지 20 중량부일 수 있다.At this time, the slurry is made of Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd and combinations thereof An oxide containing a metal selected from the group, or a mixture thereof may be further added as an additive. The amount of the additive may be 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the stainless powder or alloy powder, and more specifically 0.1 part by weight to 20 parts by weight.

공기극 지지체에 상기 금속을 포함하는 산화물 또는 이들의 혼합물을 20 중량부 이하로 첨가하는 경우, 공기극 지지체의 탄성은 유지하여, 연료전지가 충격을 받았을 때, 충격을 흡수할 수 있으면서, 금속 지지체의 과소결을 막아 기공을 유지해 주는 장점이 있다.When 20 parts by weight or less of the oxide containing the metal or a mixture thereof is added to the cathode support, the elasticity of the cathode support is maintained so that when the fuel cell is impacted, the shock can be absorbed and the metal support is underestimated. It has the advantage of keeping the pores by preventing grain.

이어서, 제조된 공기극 지지체, 확산 방지층, 공기극 기능층, 전해질 및 연료극을 순차적으로 적층하여 적층체를 제조한다(S210). 이때, 공기극 기능층과 전해질 사이에 확산억제층을 더욱 위치시킬 수도 있다. Subsequently, the laminated body is manufactured by sequentially laminating the prepared cathode support, the diffusion barrier layer, the cathode functional layer, the electrolyte, and the anode (S210). In this case, the diffusion suppression layer may be further positioned between the cathode functional layer and the electrolyte.

이어서, 상기 적층체를 소결한다(S220). 상기 소결 공정은 질소 분위기와 같은 불활성 분위기 또는 H2 또는 H2/Ar과 같은 환원 분위기에서 실시할 수 있다. 또한, 상기 소결 공정은 1250 내지 1500℃의 온도에서 실시할 수 있다. Next, the laminate is sintered (S220). The sintering process can be carried out in an inert atmosphere such as nitrogen atmosphere or in a reducing atmosphere such as H 2 or H 2 / Ar. In addition, the sintering process may be carried out at a temperature of 1250 to 1500 ℃.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

철 합금 80 중량%와 Zr 산화물 20 중량%를 포함하는 공기극 지지체 조성물을 압출하여 공기극 지지체를 제조하였다. 또한, 테이프 캐스팅법으로 공기극 기능층, 전해질 및 연료극을 각각 제조하였다. 아울러, 테이프 캐스팅 방법으로 두께 약 10㎛의 확산 방지층을 제조하였다.A cathode support composition was prepared by extruding an anode support composition including 80 wt% of an iron alloy and 20 wt% of Zr oxide. In addition, the cathode functional layer, the electrolyte, and the anode were each produced by a tape casting method. In addition, a diffusion barrier layer having a thickness of about 10 μm was prepared by a tape casting method.

상기 공기극 지지체, 확산 방지층, 공기극 기능층, 전해질 및 연료극을 순차적으로 적층하여, 적층체를 제조하였다.The cathode support, the diffusion barrier layer, the cathode functional layer, the electrolyte, and the anode were sequentially stacked to prepare a laminate.

상기 적층체를 질소 분위기에서 약 1400℃로 소결하여, 고체산화물 연료전지를 제조하였다.The laminate was sintered at about 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere to prepare a solid oxide fuel cell.

제조된 고체산화물 연료전지는, 확산 방지층이 공기극 지지체와 공기극 기능층 사이에 위치하므로, 이 연료전지를 장시간 운전하여도 성능이 열화되지 않으므로, 장시간 사용할 수 있다.Since the diffusion barrier layer is located between the cathode support and the cathode functional layer, the produced solid oxide fuel cell can be used for a long time because its performance is not degraded even when the fuel cell is operated for a long time.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the present invention.

Claims (11)

공기극 지지체; 상기 공기극 지지체의 일면에 위치하는 확산 방지층 및 상기 확산 방지층의 일면에 위치하는 공기극 기능층을 포함하는 공기극;
연료극; 및
상기공기극 및 연료극 사이에 위치하는 전해질
을 포함하는 고체산화물 연료전지.Air cathode support; A cathode including a diffusion barrier layer located on one surface of the cathode support and a cathode functional layer located on one surface of the diffusion barrier layer;
Fuel electrode; And
An electrolyte located between the air electrode and the fuel electrode
Solid oxide fuel cell comprising a. 제1항에 있어서,
상기 확산 방지층은 La, Sr, Mn, Co, Fe, Ni, Cr 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 고체산화물 연료전지.The method of claim 1,
The diffusion barrier layer is a solid oxide fuel cell comprising an oxide containing a metal selected from the group consisting of La, Sr, Mn, Co, Fe, Ni, Cr, and combinations thereof, or mixtures thereof. 제1항에 있어서,
상기 확산 방지층은 페로브스카이트 또는 스피넬 구조를 갖는 산화물을 포함하는 것인 고체산화물 연료전지.The method of claim 1,
The diffusion barrier layer is a solid oxide fuel cell comprising an oxide having a perovskite or spinel structure. 제1항에 있어서,
상기 확산 방지층의 두께는 1㎛ 내지 50㎛인 고체산화물 연료전지.The method of claim 1,
The thickness of the diffusion barrier layer is a solid oxide fuel cell of 1㎛ 50㎛. 제1항에 있어서,
상기 공기극 지지체는 스테인리스 스틸 또는 금속 합금인 고체산화물 연료전지.The method of claim 1,
The cathode support is a solid oxide fuel cell of stainless steel or metal alloy. 제1항에 있어서,
상기 공기극 지지체는 메쉬(mesh) 형상 또는 폼(foam) 형상인 고체산화물 연료전지.The method of claim 1,
The cathode support is a solid oxide fuel cell having a mesh shape or a foam shape. 제5항에 있어서,
상기 공기극 지지체는 Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을 첨가제로 더욱 포함하는 것인 고체산화물 연료전지.The method of claim 5,
The cathode support is Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd and combinations thereof Solid oxide fuel cell further comprises an oxide containing a metal selected from, or a mixture thereof as an additive. 공기극 지지체, 확산방지층, 공기극 기능층, 전해질 및 연료극을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계; 및
상기 적층체를 소결하는 단계
를 포함하는 고체산화물 연료전지의 제조 방법.Sequentially stacking the cathode support, the diffusion barrier layer, the cathode functional layer, the electrolyte, and the anode to form a laminate; And
Sintering the laminate
Solid oxide fuel cell manufacturing method comprising a. 제8항에 있어서,
상기 확산 방지층은 테이프 캐스팅 또는 스크린 프린팅법으로 제조되는 것인 고체산화물 연료전지의 제조 방법.The method of claim 8,
The diffusion barrier layer is a method of manufacturing a solid oxide fuel cell that is produced by tape casting or screen printing method. 제8항에서,
상기 공기극 지지체는, 스테인레스 분말 또는 금속 합금 분말을 포함하는 슬러리를 이용하여 제조되는 것으로서,
상기 슬러리에 Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 산화물, 또는 이들의 혼합물을, 상기 스테인레스 분말 또는 금속 합금 분말 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하로 더욱 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조 방법.9. The method of claim 8,
The cathode support is prepared by using a slurry containing a stainless powder or a metal alloy powder,
Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Nd and combinations thereof in the slurry The method of manufacturing a solid oxide fuel cell further comprises an oxide containing a selected metal, or a mixture thereof, in an amount of 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the stainless powder or the metal alloy powder. 제8항에서,
상기 적층체를 소결하는 단계는 불활성 분위기 또는 환원 분위기에서 실시하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조 방법.9. The method of claim 8,
The step of sintering the laminate is a method of manufacturing a solid oxide fuel cell that is carried out in an inert atmosphere or a reducing atmosphere.
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