KR20130019170A - 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지 - Google Patents

원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지 Download PDF

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이승복
박석주
임탁형
이종원
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Abstract

본 발명은 원통형 고체산화물 연료전지의 연료극 지지체를 제조하는 과정에서 가소결 공정에 의해 성분들이 분해되어 연료극 지지체가 파손되는 것을 방지할 수 있는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지에 관한 것이다. 본 발명에 따라 원통형 고체산화물 연료전지의 연료극 지지체를 제조하는 경우, 연료극 지지체를 제조하는 과정에서 가소결 공정에 의해 성분들이 분해되어 연료극 지지체가 파손되는 것을 방지할 수 있으며 직진도가 향상되어 고체산화물 연료전지를 대형화하여 제작하고자하는 경우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지{PREPARATION METHOD OF ANODE SUPPORT FOR TUBULAR SOLID OXIDE FUEL CELL, ANODE SUPPORT PREPARED THEREWITH AND TUBULAR SOLID OXIDE FUEL CELL COMPRISING THE SAME}
본 발명은 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원통형 고체산화물 연료전지의 연료극 지지체를 제조하는 과정에서 가소결 공정에서 원료 성분들이 급속히 분해되어 연료극 지지체가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 직진도가 향상되는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC)는 고체상의 세라믹을 전해질로 사용하여 600～1000℃의 고온에서 연료(H2, CO)와 공기(산소)의 전기화학반응에 의해 전기를 생산하는 연료전지로서, 현존하는 발전 기술 중 발전 효율이 가장 높고 경제성이 우수한 장점이 있다.
SOFC는 전해질과 전극이 고체 상태이기 때문에 평판형이나 원통형 등 여러 가지 형태의 셀(cell)로 제조가 가능하고, 연료전지의 지지체(support)에 따라서 연료극 지지체식과 공기극 지지체식 및 전해질 지지체식으로 분류된다.
평판형 SOFC는 전력밀도와 생산성이 높고 전해질 박막화가 가능한 반면, 별도의 밀봉재를 이용한 기체 밀봉이 요구되는 단점이 있고, 고온에서 금속연결재를 사용하기 때문에 크롬 휘발로 인해 전극 효율이 저하되는 문제가 있으며, 열 사이클에 대한 저항성이 낮아 신뢰성이 부족하다는 단점이 있다. 더욱이, 평판평 SOFC는 대면적 셀의 제조가 어려울 뿐만 아니라 대용량 스택(stack)의 제작도 쉽지 않기 때문에, 이러한 문제를 해결하는 것이 실용화의 관건이 된다.
원통형 SOFC의 경우는 기체 밀봉이 불필요하고 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라 여러 가지 시험 항목에서 신뢰성이 검증되었기 때문에, 상용화에 가장 근접한 SOFC 디자인으로 평가받고 있다. 그러나, 원통형 SOFC는 전류의 이동 경로가 길기 때문에 내부저항이 높고 출력밀도가 낮은 단점이 있다. 또한, 셀의 집합체인 모듈에서 출력되는 전압이 낮기 때문에 운전 중 전력변환 손실이 크며, 그 결과 효율이 떨어진다는 취약점이 있다.
현재, 20kW급 이상의 발전용 SOFC 시스템은 대부분 원통형 또는 개량 원통형 셀을 사용한 스택을 채택하고 있으며, 20kW급 이하의 경우에는 평판형 셀도 채택하고 있다.
일반적으로 원통형 SOFC의 연료극 지지체는 지르코니아계 세라믹, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 혼합하여 페이스트를 제조한 후, 이를 이용하여 원통형의 다공성 연료극 지지체로 압출하고 열처리 및 가소결 공정을 수행하여 제조된다.
그러나, 상술한 제조방법에 따라 원통형 SOFC 대형셀에 사용하기 위한 연료극 지지체를 제조하는 경우, 도 1에 나타난 바와 같이 연료극 지지체의 가소결 공정에서 연료극 지지체가 수축되면서 휘어져 연료극 지지체의 직진도가 감소되며, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활제 등의 성분들이 분해되면서 연료극 지지체가 파손되는 문제가 발생된다.
본 발명자들은 상술한 원통형 SOFC의 연료극 지지체의 제조과정에서 발생되는 문제점을 해결하고자 예의 연구를 거듭하였고, 그 결과 연료극 지지체의 직진도가 향상되며 가소결 공정에서 연료극 지지체가 파손되는 문제점을 해결할 수 있는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지를 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 원통형 SOFC의 연료극 지지체의 직진도가 향상되며 가소결 공정에서 연료극 지지체가 파손되는 문제점을 해결할 수 있는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 직진도가 향상되어 우수한 성능을 재현할 수 있고, 제조과정에서 파손되는 것이 방지되어 제조비용이 감소된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지르코니아계 세라믹, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 볼 밀링하여 혼합하고 분쇄하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 분쇄된 혼합물에 바인더와 용매를 첨가하고 혼련하여 연료극 지지체를 제조하기 위한 페이스트를 제조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 제조된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결하는 단계(단계 4)를 포함하며,
상기 단계 4에서 연료극 지지체를 가소결하는 단계는 기공형성제로서 활성탄, 카본 블랙 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트)(Poly(methyl methacrylate), PMMA)를 사용하는 경우 10 ~ 30 ℃/hour의 승온 속도로 200 ~ 400℃까지 승온하고 10 ~ 300 분 동안 유지한 후, 20 ~ 50 ℃/hour의 승온 속도로 500 ~ 800℃까지 승온하고 30 ~ 600 분 동안 유지한 후, 30 ~ 100 ℃/hour의 승온 속도로 1000 ~ 1200℃까지 승온하고 60 ~ 300 분 동안 유지한 후, 50 ~ 200 ℃/hour의 속도로 상온(25 ℃)까지 냉각하여 수행되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서는 상기 단계 3에서 압출된 연료극 지지체를 지지대에 의해 바닥면에 수직하게 고정한 후, 압출된 연료극 지지체의 상단부를 천공하고, 천공된 구멍에 막대를 삽입하여 가소결함으로써, 연료극 지지체가 수축되어 지지대에 매달린 상태에서 열처리 및 가소결되어 연료극 지지체의 직진도가 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 지르코니아계 세라믹으로는 NiO/YSZ 서멧, Cu-NiO-YSZ 서멧, Cu-CeO2-YSZ 서멧 등을 사용할 수 있으며, 상기 바인더로는 메틸 셀룰로오스 또는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스를 사용하여, 상기 가소제로는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate) 등을 사용할 수 있으며, 상기 윤활제로는 스테아르산(Stearic Acid)을 사용할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법에 따라 제조된 연료극 지지체 및 이를 포함하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지를 제공한다.
본 발명은 원통형 SOFC의 연료극 지지체의 직진도가 향상되며 가소결 공정에서 연료극 지지체가 파손되는 문제점을 해결할 수 있는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법을 제공함으로써, 직진도가 향상되어 우수한 성능을 재현할 수 있고, 제조비용이 감소된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조 방법에 따라 제조된 연료극 지지체를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 시험예 1에서 활성탄, 카본 블랙, PMMA 및 바인더에 대해 열중량분석기를 사용하여 분해되는 온도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따라 압출된 연료극 지지체를 지지대에 고정된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 지지대에 고정된 연료극 지지체가 소결 과정에서 수축되어 지지대에 매달린 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 압출된 연료극 지지체를 지지대에 고정한 상태를 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1에서 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 파손된 상태를 촬영한 사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법을 하기에서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
우선, 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하기 위해 지르코니아계 세라믹, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 볼 밀링하여 혼합하고 분쇄한다(단계 1).
상기 지르코니아계 세라믹으로는 원통형 고체산화물 연료전지의 연료극 지지체의 원료 분말로 NiO/YSZ 서멧(cermet), Cu-NiO-YSZ 서멧, Cu-CeO2-YSZ 서멧 등을 사용할 수 있으나, 고체산화물 연료전지의 연료극 지지체(anode support)의 원료 분말로 통상적으로 사용되는 것이면 제한없이 사용할 수 있다.
상기 기공형성제로는 활성탄, 카본 블랙, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(Poly(methyl methacrylate), 이하 PMMA라 함) 등을 사용하여 다공성의 원통 형태로 연료극 지지체를 제조할 수 있다.
상기 바인더, 가소제 및 윤활제로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 알려진 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 바인더로는 메틸 셀룰로오스(Methyl cellulose), 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(Hydroxypropyl methyl cellulose) 등을 사용하여, 상기 가소제로는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate) 등을 사용할 수 있으며, 상기 윤활제로는 스테아르산(Stearic Acid)을 사용할 수 있다.
상술한 지르코니아계 세라믹, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 양으로 혼합한 후, 이들에 에탄올 등의 용매를 사용하여 습식 볼 밀링하고 건조한 후, 분쇄하여 분말화한다.
다음으로, 상기 단계 1에서 분쇄된 혼합물에 바인더와 용매를 첨가하고 혼련하여 연료극 지지체를 제조하기 위한 페이스트(paste)를 제조한다(단계 2).
상기 단계 2에서 사용하는 바인더로는 종합바인더인 YB-131D를 사용할 수 있으며, YB-131D는 메틸셀룰로오스와 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 및 가소제와 윤활제 등을 포함하는 유기바인더로 널리 알려져 있는 것이다. 바인더는 분말화된 혼합물을 결합시키는 역할을 함과 아울러 기공형성제와 함께 기공을 형성하는 역할을 한다.
상기 용매로는 증류수가 사용될 수 있는데, 증류수는 적절량으로 사용되어야 연료극 지지체를 용이하게 압출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 증류수는 지르코니아계 세라믹 및 기공형성제 100 중량% 기준으로 45.5～50 중량%로 사용되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 단계 2에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조한다(단계 3).
상기 단계 3에서는 상기 페이스트를 통상의 압출기를 이용하여 압출하며, 압출 전에 페이스트의 수분이 고르게 분포되도록, 일정 시간동안 냉장 보관하는 과정을 거치는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 압출된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결한다(단계 4).
상기 단계 4는 압출된 연료극 지지체에 포함된 바인더, 기공형성제, 가소제, 윤활제 등의 성분을 연소시키는 과정이다.
기공형성제로 사용되는 카본 계열의 활성탄(Active carbon)과 카본 블랙(Carbon black)은 470～630℃의 온도영역에서 분해가 일어나며, PMMA의 경우 고분자 물질이기 때문에 260～360℃의 온도영역에서 급속하게 분해가 일어난다.
한편 상기 단계 2에서 사용한 바인더에는 메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 등의 바인더에 가소제, 윤활제, 증류수가 혼합되어 있기 때문에 125～460℃ 사이의 넓은 온도 범위에서 분해가 일어난다(하기 시험예 1 및 도 2 참조).
본 발명에서는 하기 시험예 1의 분석 결과에 따라 결정된 활성탄, 카본 블랙, PMMA, 바인더의 분해 온도에 따라 실험에 의해 결정된 승온 온도로 승온하고 이를 유지하는 단계를 수행하여 압출된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결함으로써, 이들의 급격한 분해에 의해 발생되는 국부적 온도 상승을 억제하여 가소결 공정 중 발생되는 연료극 지지체의 파손을 방지할 수 있다.
보다 상세하게는, 기공형성제로서 활성탄 또는 카본 블랙을 사용하여 연료극 지지체를 제조하는 경우, 상기 단계 4에서는 10 ~ 30 ℃/hour의 승온 속도로 200 ~ 400℃까지 승온하고 10 ~ 300 분 동안 유지한 후, 20 ~ 50 ℃/hour의 승온 속도로 500 ~ 800℃까지 승온하고 30 ~ 600 분 동안 유지한 후, 30 ~ 100 ℃/hour의 승온 속도로 1000 ~ 1200℃까지 승온하고 60 ~ 300 분 동안 유지한 후, 50 ~ 200 ℃/hour의 속도로 상온(25 ℃)까지 냉각하여 압출된 연료극 지지체에 대해 가소결 공정을 수행한다.
본 발명에서는 상기 단계 4에서 압출된 연료극 지지체를 지지대에 의해 바닥면에 수직하게 고정한 후, 압출된 연료극 지지체의 상단부를 천공하고, 천공된 구멍에 막대를 삽입하여 열처리 및 가소결 공정을 수행함으로써 연료극 지지체의 직진도를 향상시킬 수 있다.
도 3의 (a)에 나타난 바와 같이 단계 4에서 열처리 및 가소결 공정을 수행하기 이전에 압출된 연료극 지지체(10)를 지지대(20)를 사용하여 바닥면에 수직하게 고정한 후, 압출된 연료극 지지체의 상단부를 천공하고, 천공된 구멍(30)에 막대(40)를 삽입한다.
본 발명에서 연료극 지지체(10)의 상단부는 바닥면에 마주하는 연료극 지지체(10)의 말단부와 반대 방향에 있는 연료극 지지체(10)의 말단부를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
상술한 바와 같이 도 3의 (a)에 도시된 상태로 연료극 지지체(10)를 열처리 및 가소결하는 경우 소결 과정에서 온도가 증가하면서 연료극 지지체(10)가 수축하게 되어 도 3의 (b)와 같이 연료극 지지체(10)에 결합된 막대(40) 및 막대(40)를 지지하는 지지대(20)에 의해 연료극 지지체(10)가 매달린 상태가 되며, 이러한 상태로 열처리 및 가소결 공정을 완료하는 경우 수축에 의해 휘어지지 않고 연료극 지지체(10)의 직진도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 상기 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법에 따라 제조된 연료극 지지체는 직진도가 우수하며, 제조과정에서 파손될 위험이 감소되어 대형으로 원통형 고체산화물 연료전지를 제작하는 경우 유용하게 활용될 수 있다.
[실시예 1]
NiO 분말과 YSZ 분말을 40:60의 부피비로 혼합한 서멧(cermet) 1000 g과 활성탄 분말 150 g을 혼합하였다. 이에 에탄올을 첨가하여 고순도 지르코니아 볼을 이용하여 습식 볼 밀링을 하여 균일화하였고, 핫 플레이트에서 건조한 후 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다. 제조된 NiO/YSZ 분말 및 활성탄 분말의 혼합물에 바인더로서 YB-131D 75 g 및 증류수 500 g를 첨가하여 혼련하여 페이스트를 제조하였고, 제조된 페이스트를 수분이 고르게 분포되도록 24시간 동안 냉장보관 후 압출 성형하였다. 이후 압출된 연료극 지지체를 롤링 건조기에서 상온 건조하였다. 건조된 연료극 지지체를 압출된 연료극 지지체의 상단부를 천공하고, 천공된 구멍에 막대를 삽입한 후 도 4에 촬영한 바와 같이 바닥면에 수직하게 고정하였다. 이후, 연료극 지지체를 10 ~ 30 ℃/hour의 승온 속도로 200 ~ 400℃까지 승온하고 10 ~ 300 분 동안 유지한 후, 20 ~ 50 ℃/hour의 승온 속도로 500 ~ 800℃까지 승온하고 30 ~ 600 분 동안 유지한 후, 30 ~ 100 ℃/hour의 승온 속도로 1000 ~ 1200℃까지 승온하고 60 ~ 300 분 동안 유지한 후, 50 ~ 200 ℃/hour의 속도로 상온(25 ℃)까지 냉각하여 가소결 공정을 수행하였고, 이에 따라 제조된 연료극 지지체를 촬영하여 도 5에 나타내었다.
[비교예 1]
NiO 분말과 YSZ 분말을 40:60의 부피비로 혼합한 서멧(cermet) 1000 g과 활성탄 분말 150 g을 혼합하였다. 이에 에탄올을 첨가하여 고순도 지르코니아 볼을 이용하여 습식 볼 밀링을 하여 균일화하였고, 핫 플레이트에서 건조한 후 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다. 제조된 NiO/YSZ 분말 및 활성탄 분말의 혼합물에 바인더로서 YB-131D 75 g 및 증류수 500 g를 첨가하여 혼련하여 페이스트를 제조하였고, 제조된 페이스트를 수분이 고르게 분포되도록 24시간 동안 냉장보관 후 압출 성형하였다. 이후 압출된 연료극 지지체를 롤링 건조기에서 상온 건조하였다. 건조된 연료극 지지체를 압출된 연료극 지지체의 상단부를 천공하고, 천공된 구멍에 막대를 삽입한 후 실시예 1의 도3(b)그림처럼 건조체를 지지체에 매달아 고정하였다. 이후 바인더와 활성탄을 완전 연소하기 위해 350 ℃에서 5시간, 기계적 강도가 약한 650 ℃에서 3시간 열처리한 후 가소결하여 연료극 지지체를 제조하였으나, 도 6에 나타난 바와 같이 천공된 구멍에 막대를 삽입한 부분의 연료극 지지체가 파손되었다.
도 5를 참조하면, 종래의 방법에 따라 제조된 도 1의 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체에 비해 본 발명에 따라 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 직진도가 우수함을 알 수 있으며, 비교예에서 알 수 있듯이, 본 발명에서와 같이 특정 승온 온도 및 유지 시간에 따르지 않고 열처리 및 가소결하는 경우 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체가 파손될 가능성이 높음을 알 수 있다.
시험예1 : 활성탄, 카본 블랙, PMMA 및 바인더에 대한 TGA 분석
시중에서 판매되는 활성탄, 카본 블랙, PMMA 및 바인더로서 YB-131D에 대해 열중량분석기(Thermogravimetric analyzer, TGA)를 사용하여 분해되는 온도를 측정하는 시험을 반복 수행하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이, 활성탄과 카본 블랙은 470～630℃의 온도영역에서 분해가 일어나며, PMMA는 260～360℃의 온도영역에서 급속하게 분해가 일어나며, YB-131D 바인더는 125～460℃ 사이의 넓은 온도 범위에서 분해가 일어남을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 연료극 지지체 20: 지지대
30: 천공된 구멍 40: 막대

Claims (11)

  1. 지르코니아계 세라믹, 활성탄, 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 볼 밀링하여 혼합하고 분쇄하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 분쇄된 혼합물에 바인더와 용매를 첨가하고 혼련하여 연료극 지지체를 제조하기 위한 페이스트를 제조하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 제조된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결하는 단계(단계 4)를 포함하며,
    상기 단계 4에서 연료극 지지체를 가소결하는 단계는 10 ~ 30 ℃/hour의 승온 속도로 200 ~ 400℃까지 승온하고 10 ~ 300 분 동안 유지한 후, 20 ~ 50 ℃/hour의 승온 속도로 500 ~ 800℃까지 승온하고 30 ~ 600 분 동안 유지한 후, 30 ~ 100 ℃/hour의 승온 속도로 1000 ~ 1200℃까지 승온하고 60 ~ 300 분 동안 유지한 후, 50 ~ 200 ℃/hour의 속도로 상온(25 ℃)까지 냉각하여 수행되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  2. 지르코니아계 세라믹, 카본 블랙, 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 볼 밀링하여 혼합하고 분쇄하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 분쇄된 혼합물에 바인더와 용매를 첨가하고 혼련하여 연료극 지지체를 제조하기 위한 페이스트를 제조하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 제조된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결하는 단계(단계 4)를 포함하며,
    상기 단계 4에서 연료극 지지체를 가소결하는 단계는 10 ~ 30 ℃/hour의 승온 속도로 200 ~ 400℃까지 승온하고 10 ~ 300 분 동안 유지한 후, 20 ~ 50 ℃/hour의 승온 속도로 500 ~ 800℃까지 승온하고 30 ~ 600 분 동안 유지한 후, 30 ~ 100 ℃/hour의 승온 속도로 1000 ~ 1200℃까지 승온하고 60 ~ 300 분 동안 유지한 후, 50 ~ 200 ℃/hour의 속도로 상온(25 ℃)까지 냉각하여 수행되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  3. 지르코니아계 세라믹, PMMA, 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 볼 밀링하여 혼합하고 분쇄하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 분쇄된 혼합물에 바인더와 용매를 첨가하고 혼련하여 연료극 지지체를 제조하기 위한 페이스트를 제조하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 제조된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결하는 단계(단계 4)를 포함하며,
    상기 단계 4에서 연료극 지지체를 가소결하는 단계는 10 ~ 30 ℃/hour의 승온 속도로 200 ~ 400℃까지 승온하고 10 ~ 300 분 동안 유지한 후, 20 ~ 50 ℃/hour의 승온 속도로 500 ~ 800℃까지 승온하고 30 ~ 600 분 동안 유지한 후, 30 ~ 100 ℃/hour의 승온 속도로 1000 ~ 1200℃까지 승온하고 60 ~ 300 분 동안 유지한 후, 50 ~ 200 ℃/hour의 속도로 상온(25 ℃)까지 냉각하여 수행되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 3에서 제조된 연료극 지지체는 지지대에 의해 바닥면에 수직하게 고정된 후 단계 4에서 열처리 및 가소결되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  5. 상기 청구항 4에 있어서,
    상기 압출된 연료극 지지체의 상단부는 천공되고, 천공된 구멍에 막대가 삽입됨으로써 가소결 공정에서 연료극 지지체가 수축되는 경우, 상기 지지대의 상단부에 지지된 막대에 의해 연료극 지지체가 매달리어 열처리 및 가소결되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지르코니아계 세라믹은 NiO/YSZ 서멧, Cu-NiO-YSZ 서멧 및 Cu-CeO2-YSZ 서멧으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바인더는 메틸 셀룰로오스 또는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스인 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가소제는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol) 및 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 2에서 사용되는 용매는 증류수인 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체.
  11. 청구항 10의 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 포함하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지.
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