KR20130019171A - Preparation method of anode support for tubular solid oxide fuel cell having high performance, anode support prepared therewith and tubular solid oxide fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of a fuel electrode support is provided to obtain a fuel electrode support with excellent porosity, electric conductivity, mechanical strength, and gas permeability. CONSTITUTION: A manufacturing method of a fuel electrode support comprises: a step of mixing an activated carbon or carbon black to a Ni/8YSZ cement and adding a solvent to the same to prepare a slurry and uniformizing the slurry by a ball-milling; a step of drying and powderizing the mixture; a step of adding a binder, plasticizer, lubricant, and distilled water, and milling the mixture to manufacture a paste; a step of extruding the paste to manufacture a fuel electrode support; and a step of heat-treating and pre-sintering the fuel electrode support.

Description

고성능을 나타내는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지{PREPARATION METHOD OF ANODE SUPPORT FOR TUBULAR SOLID OXIDE FUEL CELL HAVING HIGH PERFORMANCE, ANODE SUPPORT PREPARED THEREWITH AND TUBULAR SOLID OXIDE FUEL CELL COMPRISING THE SAME}A method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, which exhibits high performance, a cathode support for a solid oxide fuel cell manufactured using the same, and a cylindrical solid oxide fuel cell including the same. ANODE SUPPORT PREPARED THEREWITH AND TUBULAR SOLID OXIDE FUEL CELL COMPRISING THE SAME}

본 발명은 고성능을 나타내는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 기공도, 전기 전도도, 강도 및 가스 투과도를 나타낼 수 있는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell exhibiting high performance, a cathode support for a solid oxide fuel cell manufactured using the same, and a cylindrical solid oxide fuel cell including the same, and more particularly, high porosity and electricity. A method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell capable of exhibiting conductivity, strength, and gas permeability, and a cylindrical solid oxide fuel cell including the anode support for a solid oxide fuel cell manufactured using the same.

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.Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) produces electricity by electrochemical reaction of fuel (H 2 , CO) and air (oxygen) at high temperature of 600 ~ 1000 ℃ using solid ceramic as electrolyte. As a fuel cell, there is an advantage in generating power generation efficiency and excellent economic efficiency among the existing power generation technology.

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.Since SOFC and electrolyte are in solid state, it can be manufactured in various types of cells such as flat plate and cylinder, and classified into anode support type, cathode support type, and electrolyte support type according to fuel cell support. do.

일반적으로 원통형 SOFC의 연료극 지지체는 지르코니아계 세라믹, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활유 및 증류수를 혼합하여 페이스트를 제조한 후, 이를 이용하여 원통형의 다공성 연료극 지지체로 압출하고 열처리 및 가소결 공정을 수행하여 제조된다.In general, a cathode support of a cylindrical SOFC is prepared by mixing a zirconia-based ceramic, a pore former, a binder, a plasticizer, a lubricating oil, and distilled water to prepare a paste. It is manufactured by.

상술한 원통형 SOFC가 고출력화가 가능하며, 높은 기동속도 및 열사이클 저항성을 나타내기 위해서는 원통형의 다공성 연료극 지지체가 높은 기공도, 전기 전도도, 기계적 강도 및 가스 투과도를 나타낼 것이 요구된다.The cylindrical SOFC described above is capable of high output, and in order to exhibit high starting speed and heat cycle resistance, it is required that the cylindrical porous anode support has high porosity, electrical conductivity, mechanical strength, and gas permeability.

이에 본 발명자들은 우수한 성능을 나타내는 원통형 SOFC에 대하여 예의 연구를 거듭하였고, 그 결과 Ni/8YSZ 서멧, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활유 및 증류수를 최적의 비율로 혼합하여 제조하는 경우 높은 기공도, 전기 전도도, 기계적 강도 및 가스 투과도를 나타내는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
Accordingly, the inventors have intensively studied a cylindrical SOFC showing excellent performance, and as a result, high porosity when the Ni / 8YSZ cermet, a pore forming agent, a binder, a plasticizer, a lubricating oil, and distilled water are mixed and manufactured at an optimum ratio, The present invention has been accomplished by knowing that an anode support for a cylindrical solid oxide fuel cell exhibiting electrical conductivity, mechanical strength and gas permeability can be manufactured.

본 발명의 목적은 높은 기공도, 전기 전도도, 기계적 강도 및 가스 투과도를 나타낼 수 있는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지를 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is a method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, which can exhibit high porosity, electrical conductivity, mechanical strength and gas permeability, and a cathode support for a solid oxide fuel cell manufactured using the same, and a cylindrical solid oxide comprising the same. To provide a fuel cell.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Ni/8YSZ 서멧 90~97 중량% 에 활성탄 혹은 카본 블랙 3~10 중량%를 혼합한 후, 이에 용매를 첨가한 후 슬러리 상태로 제조하여 볼 밀링하여 균일화하는 단계(단계 1);In order to achieve the above object, the present invention is a mixture of 3 to 10% by weight of activated carbon or carbon black to 90 to 97% by weight Ni / 8YSZ cermet, and then added to the solvent to make a slurry in the form of a ball mill to homogenize Step (step 1);

상기 균일화된 Ni/8YSZ 서멧에 활성탄 혹은 카본 블랙을 건조기에서 건조한 후 분쇄하여 분말화하는 단계(단계 2);Drying the activated carbon or carbon black in the uniform Ni / 8YSZ cermet in a dryer and then pulverized (step 2);

상기 분말화된 혼합물에 혼합물 100 중량부 기준으로 바인더 15~20 중량부, 가소제 4~8 중량부, 윤활제 2~6 중량부 및 증류수 20~25 중량부를 첨가하여 혼련함으로써 페이스트를 제조하는 단계(단계 3);Preparing a paste by kneading by adding 15 to 20 parts by weight of binder, 4 to 8 parts by weight of plasticizer, 2 to 6 parts by weight of lubricant, and 20 to 25 parts by weight of distilled water to the powdered mixture based on 100 parts by weight of the mixture (step 3);

상기 단계 3에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 단계(단계 4); 및 Extruding the paste prepared in step 3 to prepare an anode support for a solid oxide fuel cell (step 4); And

상기 단계 4에서 제조된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결하는 단계(단계 5)를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell comprising the step (step 5) of heat treating and pre-sintering the anode support prepared in step 4.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 Ni/8YSZ 서멧은 Ni과 8YSZ가 40:60 vol%로 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the Ni / 8YSZ cermet is preferably a mixture of Ni and 8YSZ at 40:60 vol%.

본 발명에서 Ni/8YSZ 서멧과 혼합되는 활성탄 혹은 카본 블랙은 90:10 ~ 97:3의 중량비로 혼합하여 제조되는 것이 연료극 지지체의 높은 기공도, 전기 전도도, 강도 및 가스 투과도에 있어서 바람직하다.Activated carbon or carbon black mixed with Ni / 8YSZ cermet in the present invention is preferably prepared by mixing in a weight ratio of 90:10 to 97: 3 in terms of high porosity, electrical conductivity, strength and gas permeability of the anode support.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 1에서는 Ni/8YSZ 서멧 및 활성탄 혹은 카본 블랙의 혼합물에 용매로서 에탄올을 첨가하고 고순도 지르코니아 볼을 혼합하여 볼 밀링하여 연료극 지지체의 혼합 분말을 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in step 1, ethanol is added as a solvent to a mixture of Ni / 8YSZ cermet and activated carbon or carbon black, and high-purity zirconia balls are mixed and ball milled to prepare a mixed powder of the anode support. .

상기 단계 3에서 연료극 지지체의 혼합 분말에 첨가되는 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 윤활유로는 스테아르산(Stearic Acid)을 사용할 수 있다.Methyl cellulose or hydroxypropyl methyl cellulose is used as the binder added to the mixed powder of the anode support in step 3, and as the plasticizer, propylene carbonate, polyethylene glycol, and dibutyl phthalate are used. phthalate), and the lubricating oil may be stearic acid.

또한 본 발명은 상기 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법에 따라 제조된 연료극 지지체 및 이를 포함하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지를 제공한다.
The present invention also provides an anode support manufactured according to the method of manufacturing an anode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, and a cylindrical solid oxide fuel cell prepared by using the same.

본 발명은 높은 기공도, 전기 전도도, 강도 및 가스 투과도를 나타내는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제공함으로써 고출력화가 가능하고 기동속도 및 열사이클 저항성이 증가된 원통형 고체산화물 연료전지의 제작에 활용될 수 있다.
The present invention provides a method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, which exhibits high porosity, electrical conductivity, strength, and gas permeability, and provides a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell manufactured according to the present invention, which enables high output, startup speed, and thermal cycle. It can be used to manufacture a cylindrical solid oxide fuel cell with increased resistance.

도 1은 본 발명의 시험예 1에서 기공형성제로서 활성탄(AC), 카본 블랙(CB) 및 PMMA 3, 5, 10 중량%로 상기 서멧과 혼합하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체에 기공도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 시험예 1에서 기공형성제로서 활성탄(AC), 카본 블랙(CB) 및 PMMA 5 중량%로 상기 서멧과 혼합하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체 표면에 대해 촬영한 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 시험예 1에서 기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB)을 사용하여 제조된 연료극 지지체에 형성된 기공을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 시험예 1에서 기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB) 3 중량% 및 5 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 표면에 대해 촬영한 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 시험예 1에서 연료극 지지체의 전기 전도도를 측정하기 위한 직류 4단자법의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 시험예 1에서 기공형성제로서 활성탄(AC), 카본 블랙(CB) 및 PMMA 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%로 상기 서멧과 혼합하여 제조된 연료극 지지체에 대해 전기 전도도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 시험예 1에서 연료극 지지체의 압환강도 측정법을 개략적으로 나타낸 압환강도 측정 모식도이다.
도 8은 본 발명의 시험예 1에서 기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB) 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체에 대해 압환강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 시험예 1에서 연료극 지지체의 가스 투과도를 측정하기 위한 측정 장치의 모식도이다.
도 10은 본 발명의 시험예 1에서 기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB) 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체에 대해 가스 투과도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
1 is a cathode support and a pore-forming agent prepared by mixing the cermet with activated carbon (AC), carbon black (CB), and PMMA 3, 5, 10 wt% in Test Example 1 of the present invention. It is a graph showing the measured porosity on the anode support manufactured without.
FIG. 2 is a fuel electrode prepared without using a cathode support and a pore-forming agent prepared by mixing the cermet with 5% by weight of activated carbon (AC), carbon black (CB) and PMMA as pore-forming agents in Test Example 1 of the present invention. SEM image taken on the surface of the support.
FIG. 3 is a photograph taken with an optical microscope of pores formed in an anode support manufactured using activated carbon (AC) and carbon black (CB) as pore-forming agents in Test Example 1 of the present invention.
4 is a SEM photograph taken on the surface of the anode support prepared using 3% by weight and 5% by weight of activated carbon (AC) and carbon black (CB) as a pore-forming agent in Test Example 1 of the present invention.
5 is a schematic diagram of a DC 4-terminal method for measuring the electrical conductivity of the anode support in Test Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a view illustrating an anode support prepared by mixing the cermet with 3 wt%, 5 wt%, and 10 wt% of activated carbon (AC), carbon black (CB), and PMMA as a pore-forming agent in Test Example 1 of the present invention; This is a graph showing the conductivity measured.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating measurement of the compressive strength of the anode support in Test Example 1 of the present invention. FIG.
FIG. 8 is without using an anode support and a pore-forming agent prepared using 3% by weight, 5% by weight and 10% by weight of activated carbon (AC) and carbon black (CB) as pore-forming agents in Test Example 1 of the present invention. It is a graph which shows the measurement of the rolling strength for the manufactured anode support.
9 is a schematic diagram of a measuring device for measuring the gas permeability of the anode support in Test Example 1 of the present invention.
10 is without using a cathode support and a pore-forming agent prepared using 3% by weight, 5% by weight and 10% by weight of activated carbon (AC) and carbon black (CB) as a pore-forming agent in Test Example 1 of the present invention. It is a graph which measured and measured the gas permeability with respect to the produced anode support.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.

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.
The embodiments and drawings described in the present specification are preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents and modifications may be substituted for them at the time of application of the present invention.

본 발명에 따른 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법을 하기에서 구체적으로 설명한다.A method of manufacturing the anode support for a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention will be described in detail below.

우선, Ni/8YSZ 서멧 90~97 중량% 에 활성탄 혹은 카본 블랙 3~10 중량%를 혼합한 후, 이에 용매를 첨가한 후 슬러리 상태로 제조하여 볼 밀링하여 균일화한다(단계 1).First, 3 to 10% by weight of activated carbon or carbon black is mixed with 90% to 97% by weight of Ni / 8YSZ cermet, and then, a solvent is added thereto, a slurry is prepared, and ball milled to homogenize (step 1).

본 발명에서는 연료극 지지체의 원료 분말로서 Ni/8YSZ 서멧을 사용하며, 상기 Ni/8YSZ 서멧은 Ni과 8YSZ가 40:60 vol%로 혼합된 것을 사용할 수 있다.In the present invention, Ni / 8YSZ cermet is used as a raw material powder of the anode support, and the Ni / 8YSZ cermet may be a mixture of Ni and 8YSZ at 40:60 vol%.

고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 재료로서는 Ni, Co, Ru, Pt이 전극으로 사용될 수 있으나, 가격과 성능 측면에서 Ni이 가장 적절한 재료이다. 그러나 Ni은 소결과 결정립 성장에 대한 저항성이 낮은 단점이 있다. 다공성 조직의 유지와 전해질과의 열팽창 계수 차이를 줄이기 위해 Ni/8YSZ 서멧(cermet)이 연료극 지지체의 재료로 사용되는 것이 바람직하며, 연료극 지지체의 전기 전도도는 Ni의 함량과 연결도에 의해 결정되며 Ni과 8YSZ가 40:60 vol%로 혼합된 것을 연료극 지지체의 재료로 사용하는 것이 우수한 성능 발현에 있어서 보다 바람직하다.Ni, Co, Ru, and Pt may be used as the electrode for the anode support for the solid oxide fuel cell, but Ni is the most suitable material in terms of cost and performance. However, Ni has a disadvantage of low resistance to sintering and grain growth. Ni / 8YSZ cermet is preferably used as the material of the anode support in order to maintain the porous structure and reduce the difference in coefficient of thermal expansion between the electrolyte, and the electrical conductivity of the anode support is determined by the content of Ni and the degree of connection. It is more preferable to use the mixture of 8YSZ and 40:60 vol% as the material of the anode support for excellent performance.

상기 단계 1에서는 연료극 지지체의 원료 분말로서 미세 분말화된 NiO 분말과 8YSZ 분말을 40:60 vol%가 되도록 칭량하여 혼합한 후, 이에 기공형성제로서 활성탄 혹은 카본 블랙을 첨가하고 용매를 첨가한 후 슬러리 상태로 제조하여 볼 밀링하여 균일화한다.In step 1, the finely powdered NiO powder and 8YSZ powder are weighed to be 40:60 vol% as a raw material of the anode support and mixed, and then activated carbon or carbon black is added as a pore forming agent and a solvent is added thereto. Prepared in a slurry state and homogenized by ball milling.

보다 상세하게는, Ni/8YSZ 서멧 90~97 중량% 에 활성탄 혹은 카본 블랙 3~10 중량%를 혼합한 후 이에 용매로서 에탄올을 첨가하고 고순도 지르코니아 볼을 혼합하여 1일 ~ 2주 동안 볼 밀링함으로써 연료극 지지체의 혼합 분말을 균일화하여 제조한다.More specifically, by mixing 3 ~ 10% by weight of activated carbon or carbon black to 90 ~ 97% by weight of Ni / 8YSZ cermet, and then add ethanol as a solvent and a high-purity zirconia ball is mixed by ball milling for 1 to 2 weeks It is prepared by homogenizing the mixed powder of the anode support.

상기 연료극 지지체의 혼합 분말의 제조시 활성탄 및 카본 블랙은 3~10 중량%로 Ni/8YSZ 서멧과 혼합되는 것이 바람직하다.In the preparation of the mixed powder of the anode support, activated carbon and carbon black are preferably mixed with Ni / 8YSZ cermet at 3 to 10% by weight.

상기 활성탄 혹은 카본 블랙이 3 중량% 미만으로 사용되는 경우 연료극 지지체의 기공도가 저하될 수 있고, 상기 활성탄 혹은 카본 블랙이 10 중량%를 초과하여 사용되는 경우 기공도가 높아지지만 강도가 저하될 수 있다.When the activated carbon or carbon black is used in less than 3% by weight, the porosity of the anode support may be lowered. When the activated carbon or carbon black is used in excess of 10% by weight, the porosity is increased, but the strength may be decreased. have.

고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 과정에서 기공형성제로 활성탄을 사용하는 경우 연료극 지지체의 기공도와 가스 투과도가 높아지기 때문에 SOFC의 성능을 향상시킬 수 있으나 전기 전도도가 낮아지는 단점을 가진다. 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 과정에서 기공형성제로 카본 블랙을 사용하는 경우 연료극 지지체의 전기 전도도가 높아지기 때문에 SOFC의 성능을 향상시킬 수 있으나, 기공도와 가스 투과도가 낮아지는 단점을 가진다.When activated carbon is used as a pore-forming agent in the process of manufacturing a cathode support for a solid oxide fuel cell, the porosity and gas permeability of the anode support may be improved, thereby improving the performance of the SOFC, but it has the disadvantage of lowering the electrical conductivity. When carbon black is used as a pore-forming agent in the process of manufacturing an anode support for a solid oxide fuel cell, the performance of the SOFC can be improved because the electrical conductivity of the anode support is increased, but porosity and gas permeability are lowered.

본 발명에서는 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조 과정에서 기공형성제로서 활성탄 혹은 카본 블랙을 사용함으로써 연료극 지지체의 기공도, 전기 전도도, 강도 및 가스 투과도 모두 우수한 특성을 나타낼 수 있다는 것을 실험을 통하여 알게 되었다(하기 시험예 1 참조).In the present invention, it was found through experiments that the use of activated carbon or carbon black as a pore-forming agent in the manufacturing process of a cathode support for a solid oxide fuel cell can exhibit excellent porosity, electrical conductivity, strength, and gas permeability of the anode support. (See Test Example 1 below).

이후, 상기 단계 1에서 균일화된 Ni/8YSZ 서멧과 활성탄 혹은 카본 블랙의 혼합물을 건조기(hot plate)에서 건조한 후 분쇄하여 분말화한다(단계 2).Thereafter, the mixture of Ni / 8YSZ cermet and activated carbon or carbon black homogenized in step 1 is dried in a dryer (hot plate) and then pulverized (step 2).

상기 단계 2에서 분말화된 혼합물에 혼합물 100 중량부 기준으로 바인더 15~20 중량부, 가소제 4~8 중량부, 윤활제 2~6 중량부 및 증류수 20~25 중량부를 첨가하여 혼련함으로써 페이스트를 제조한다(단계 3).The paste is prepared by kneading by adding 15 to 20 parts by weight of binder, 4 to 8 parts by weight of plasticizer, 2 to 6 parts by weight of lubricant, and 20 to 25 parts by weight of distilled water to the mixture powdered in step 2 based on 100 parts by weight of the mixture. (Step 3).

상기 바인더, 가소제 및 윤활유로는 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 윤활유로는 스테아르산(Stearic Acid)을 사용할 수 있다.The binder, plasticizer, and lubricating oil may be used without limitation, those conventionally known in the art to which the present invention pertains. For example, the binder may be methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose. The plasticizer may be propylene carbonate, polyethyleneglycol, dibutyl phthalate, and the like, and stearic acid may be used as the lubricant.

상기 바인더는 분말화된 연료극 지지체의 혼합 분말 100 중량부 기준으로 15~20 중량부로 첨가되는 것이 바람직하며, 바인더가 15 중량부 미만으로 첨가되는 경우 연료극 지지체의 성형성이 떨어짐과 아울러 기공 형성률이 저하될 수 있으며, 바인더가 20 중량부를 초과하여 첨가되는 경우 연료극 지지체에 기공은 많이 형성되지만 강도가 저하되고 소결 과정에서 크랙이 발생될 수 있다.The binder is preferably added in an amount of 15 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder of the powdered anode support, and when the binder is added in an amount of less than 15 parts by weight, the formability of the anode support is reduced and the pore formation rate is lowered. If the binder is added in excess of 20 parts by weight, a lot of pores are formed in the anode support, but the strength decreases and cracks may occur in the sintering process.

상기 가소제는 분말화된 연료극 지지체의 혼합 분말 100 중량부 기준으로 4~8 중량부로 첨가되는 것이 바람직하며, 상기 가소제가 4 중량부 미만으로 첨가되는 경우 압출시 성형성이 저하되어, 압출체의 변형 및 크랙이 발생될 수 있으며, 상기 가소제가 8 중량부를 초과하여 첨가되는 경우 압출체의 연성이 과도하게 증가하여, 압출체의 휨변상이 발생될 수 있다.Preferably, the plasticizer is added in an amount of 4 to 8 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder of the powdered anode support, and when the plasticizer is added in an amount less than 4 parts by weight, the moldability decreases during extrusion, thereby deforming the extruded body. And cracks may occur, and when the plasticizer is added in excess of 8 parts by weight, the ductility of the extruded body may be excessively increased, such that warpage deformation of the extruded body may occur.

상기 윤활제는 분말화된 연료극 지지체의 혼합 분말 100 중량부 기준으로 2~6 중량부로 첨가되는 것이 바람직하며, 상기 윤활제가 2 중량부 미만으로 첨가되는 경우 압출몰드와 압출체의 마찰증가에 따른 표면벗겨짐 문제가 발생될 수 있으며, 상기 윤활제가 6 중량부를 초과하여 첨가되는 경우 압출체와 몰드간 접착력에 의한 표면 줄무늬 현상이 발생될 수 있다.The lubricant is preferably added in an amount of 2 to 6 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder of the powdered anode support, and when the lubricant is added in an amount less than 2 parts by weight, the surface is peeled off due to an increase in friction between the extrusion mold and the extruded body. Problems may occur, and when the lubricant is added in excess of 6 parts by weight, surface fringes may occur due to the adhesive force between the extruded body and the mold.

상기 증류수는 분말화된 연료극 지지체의 혼합 분말 100 중량부 기준으로 20~25 중량부로 첨가되는 것이 바람직하며, 상기 증류수가 20 중량부 미만으로 첨가되는 경우 혼련시 페이스트가 아닌 파우더 상태로 남는 부분이 생기게 되며, 연료극 지지체의 압출이 용이하지 않은 문제가 발생될 수 있다. 또한, 상기 증류수가 25 중량부를 초과하여 첨가되는 경우 연료극 지지체의 압출시 압출기의 스크류 표면에 페이스트가 달라 붙어 압출이 잘 이루어지지 않고, 소결기 연료극 지지체에 크랙이 발생될 우려가 있다.Preferably, the distilled water is added in an amount of 20 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder of the powdered anode support. And, it may cause a problem that the extrusion of the anode support is not easy. In addition, when the distilled water is added in excess of 25 parts by weight, the paste adheres to the screw surface of the extruder when the anode support is extruded, so that extrusion may not be performed well, and cracks may occur in the sintered anode support.

다음으로, 상기 단계 3에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조한다(단계 4).Next, the paste prepared in step 3 is extruded to prepare a cathode support for a solid oxide fuel cell (step 4).

상기 단계 4에서는 상기 페이스트를 통상의 압출기를 압출하여 연료극 지지체를 제조하며, 압출 전에 페이스트의 수분이 고르게 분포되도록, 일정 시간동안 냉장 보관하는 과정을 거치는 것이 바람직하다.In the step 4, the paste is extruded into a conventional extruder to prepare a cathode support, and it is preferable to undergo refrigeration for a predetermined time so that the moisture of the paste is evenly distributed before extrusion.

마지막으로, 상기 압출된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결한다(단계 5).Finally, the extruded anode support is heat treated and calcined (step 5).

상기 단계 5는 압출된 연료극 지지체에 포함된 바인더, 기공형성제, 가소제, 윤활유 등의 성분을 연소시키는 과정이다.Step 5 is a process of burning a component such as a binder, a pore-forming agent, a plasticizer, lubricating oil included in the extruded anode support.

이후, 열처리된 연료극 지지체를 1350~1450℃에서 소결함으로써 본 발명에 따른 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조한다.Thereafter, the anode support for a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention is manufactured by sintering the heat treated anode support at 1350 to 1450 ° C.

상술한 상기 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법에 따라 제조된 연료극 지지체는 기공도, 전기 전도도, 강도 및 가스 투과도가 우수하며, 이를 이용하여 제조된 원통형 고체산화물 연료전지는 고출력화가 가능하고 기동속도 및 열사이클 저항성이 증가될 수 있다.
The anode support manufactured according to the above-described method for manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell has excellent porosity, electrical conductivity, strength, and gas permeability, and the cylindrical solid oxide fuel cell manufactured by using the anode support is capable of high output and start up. Speed and heat cycle resistance can be increased.

시험예Test Example 1:  One: 연료극Anode 지지체의 물성 및 미세구조 측정시험 Physical property and microstructure measurement test of support

NiO 분말(J.T. Baker) 1000g과 8YSZ 분말(Tosoh Co.) 790.32g을 혼합한 서멧(cermet)에 기공형성제를 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 356 g 및 증류수 440 g를 첨가하여 혼련하여 페이스트를 제조하였고, 제조된 페이스트를 수분이 고르게 분포되도록 24시간 동안 냉장보관 후 압출 성형하였다. 각각의 조건으로 압출된 지지체를 1400℃에서 5시간 동안 소결 후 800℃에서 환원하였다. 기공형성제로서 활성탄, 카본 블랙 및 PMMA를 각각 3, 5, 10 중량%로 상기 서멧과 혼합하여 상기 방법에 따라 연료극 지지체를 제조하였고, 대조군(reference)으로서 기공형성제를 첨가하지 않고 상기 방법에 따라 연료극 지지체를 제조하였다.
A pore former was mixed in a cermet in which 1000 g of NiO powder (JT Baker) and 790.32 g of 8YSZ powder (Tosoh Co.) were mixed. Ethanol was added thereto, homogenized by wet ball milling using high purity zirconia balls, dried on a hot plate, and then ground using a grinder. A paste was prepared by kneading YB-131D 356 g and distilled water 440 g as a binder to a mixture of the prepared NiO / YSZ powder and activated carbon powder, and the resultant was refrigerated after refrigeration for 24 hours so as to distribute the moisture evenly. It was. The extruded support under each condition was reduced at 800 ° C. after sintering at 1400 ° C. for 5 hours. Activated carbon, carbon black, and PMMA as pore-forming agents were mixed with the cermet at 3, 5, and 10% by weight, respectively, to prepare a cathode support according to the above method, and to the method without adding a pore-forming agent as a reference. According to the present invention.

(1) (One) 연료극Anode 지지체의 기공도 측정 Measurement of porosity of the support

상기에서 기공형성제로서 활성탄(AC), 카본 블랙(CB) 및 PMMA 3, 5, 10 중량%로 상기 서멧과 혼합하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체에 대해 기공도를 측정하였고 그 결과를 도 1에 나타내었다.The pore of the anode support prepared by mixing the cermet with the activated carbon (AC), carbon black (CB) and PMMA 3, 5, 10 wt% as the pore forming agent and the pore forming agent without using the pore forming agent. The figure was measured and the result is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 기공형성제를 첨가하지 않고 제조된 연료극 지지체 시편(Reference)의 경우 30.73%의 기공도를 나타내었다. 이는 환원 공정과 첨가제의 제거로 인한 효과이다. 활성탄 3 중량%, 5 중량%, 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 시편은 각각 41.00%, 43.60%, 47.10%의 기공도를 나타내었으며, 카본 블랙 3 중량%, 5 중량%, 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 시편은 각각 33.83%, 34.12%, 34.79%의 기공도를 나타내었다. 또한 PMMA 5 중량% 사용하여 제조된 연료극 지지체 시편의 기공도는 36.63%를 나타내었다. 이로부터 연료극 지지체를 제조하는 과정에서 기공형성제로서 활성탄을 사용하는 경우 기공 형성 효과가 가장 큰 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 1, a pore size of 30.73% of a cathode support specimen manufactured without adding a pore-forming agent was shown. This is due to the reduction process and the removal of the additives. The anode support specimens prepared using 3% by weight, 5% by weight, and 10% by weight of activated carbon exhibited porosities of 41.00%, 43.60%, and 47.10%, respectively, and 3% by weight, 5% by weight, and 10% by weight of carbon black. The anode support specimens fabricated using showed a porosity of 33.83%, 34.12% and 34.79%, respectively. In addition, the porosity of the anode support specimen prepared using 5 wt% PMMA was 36.63%. From this, when using activated carbon as a pore forming agent in the process of manufacturing the anode support, it can be seen that the pore forming effect is the greatest.

(2) (2) 연료극Anode 지지체의 미세구조 측정 Microstructure Measurement of Support

상기에서 기공형성제로서 활성탄(AC), 카본 블랙(CB) 및 PMMA 5 중량%로 상기 서멧과 혼합하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체 표면에 대해 SEM 사진을 측정하여 도 2에 나타내었고, 기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB)을 사용하여 제조된 연료극 지지체에 형성된 기공을 광학 현미경으로 촬영한 사진을 각각 도 3의 (a) 및 (b)에 나타내었고, 기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB) 3 중량% 및 5 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 표면에 대해 SEM 사진을 측정하여 도 4에 나타내었다. SEM image of the anode support prepared by mixing the cermet with 5% by weight of activated carbon (AC), carbon black (CB) and PMMA as the pore-forming agent and the surface of the anode support prepared without using the pore-forming agent were measured. 2 is a photomicrograph of the pores formed in the anode support manufactured using activated carbon (AC) and carbon black (CB) as a pore forming agent, respectively, FIGS. 3A and 3B. The SEM photographs of the anode support surfaces prepared using 3% by weight and 5% by weight of activated carbon (AC) and carbon black (CB) as pore-forming agents are shown in FIG. 4.

도 2를 참조하면, 기공형성제 첨가에 의한 연료극 지지체에의 기공 형성 효과를 확인할 수 있다. 활성탄과 카본블랙이 첨가된 연료극 지지체의 입자 분포와 기공분포는 균일하지 않지만 PMMA가 첨가된 연료극 지지체는 비교적 균일하게 분포 되어 있는 것을 알 수 있다. PMMA의 경우에는 1차 입자들의 분산이 잘 되어있지만, 활성탄과 카본블랙의 1차 입자들은 응집되어있기 때문으로 예상할 수 있다. 균일한 미세구조의 연료극 지지체를 제조하기 위해서는 연료극 지지체의 분말을 혼합하기 전 활성탄과 카본블랙의 응집체 처리가 중요하다. 1차 입자들의 응집 현상 문제는 활성탄 보다 카본 블랙에서 더 크게 작용한다.Referring to FIG. 2, the effect of pore formation on the anode support by adding the pore forming agent can be confirmed. Although the particle distribution and pore distribution of the anode support to which activated carbon and carbon black are added are not uniform, it can be seen that the anode support to which PMMA is added is distributed relatively uniformly. In the case of PMMA, primary particles are well dispersed, but it can be expected that primary particles of activated carbon and carbon black are aggregated. In order to manufacture a cathode support having a uniform microstructure, it is important to treat the aggregates of activated carbon and carbon black before mixing the powder of the anode support. The problem of agglomeration of primary particles is greater in carbon black than in activated carbon.

도 3을 참조하면, 카본 블랙이 첨가된 연료극 지지체의 내부에는 1차 입자의 응집체에 의한 거대 기공들을 관찰할 수 있고, 도 4를 참조하면, 활성탄과 카본블랙의 함량을 증가시킴으로써 연료극 지지체의 기공도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 3, inside the anode support to which carbon black is added, large pores due to aggregates of primary particles may be observed. Referring to FIG. 4, pores of the anode support may be increased by increasing the content of activated carbon and carbon black. It can be seen that the degree can be improved.

(3) (3) 연료극Anode 지지체의 전기 전도도 측정 Measurement of the electrical conductivity of the support

도 5에 도시된 직류 4단자법을 이용하여 상기에서 기공형성제로서 활성탄(AC), 카본 블랙(CB) 및 PMMA 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%로 상기 서멧과 혼합하여 제조된 연료극 지지체에 대해 전기 전도도를 측정하였다. 전기 전도도는 환원분위기에서 100㎃의 전류를 인가하면서 650~850℃의 범위에서 측정하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다.Fuel electrode prepared by mixing the cermet with 3% by weight, 5% by weight and 10% by weight of activated carbon (AC), carbon black (CB) and PMMA as pore-forming agents using the DC 4-terminal method shown in FIG. Electrical conductivity was measured for the support. Electrical conductivity was measured in the range of 650 ~ 850 ℃ applying a current of 100 mA in a reducing atmosphere and the results are shown in FIG.

도 6을 참조하면, 기공형성제의 함량이 증가할수록 연료극 지지체의 전기 전도도가 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 전기 전도도의 감소는 기공이 증가하면서 Ni 입자의 연결을 저해하였기 때문이다. 카본 블랙이 3 중량% 첨가된 시편은 600℃에서 1057 S/㎝의 우수한 전도도를 나타내었다.
Referring to FIG. 6, as the content of the pore-forming agent increases, the electrical conductivity of the anode support decreases. The decrease in electrical conductivity was due to the increase in porosity which inhibited the connection of Ni particles. Specimens added with 3% by weight of carbon black showed good conductivity of 1057 S / cm at 600 ° C.

(4) (4) 연료극Anode 지지체의 기계적 강도 측정 Mechanical strength measurement of the support

기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB) 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체의 파괴강도는 표준화된 도 7에 도시된 압환강도 측정 모식도에 나타난 압환강도 측정법을 이용하여 하기 수학식 1로 표시된 JIS Z 2507 표준식에 의해 계산되었고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.The breakdown strengths of anode support prepared using 3% by weight, 5% and 10% by weight of activated carbon (AC) and carbon black (CB) as pore-forming agents and anode support prepared without pore-forming agent were standardized. It was calculated by the JIS Z 2507 standard formula represented by the following Equation 1 using the crush strength measurement method shown in the crushing strength measurement schematic diagram shown in Figure 7, the results are shown in FIG.

[수학식 1]
[Equation 1]

상기 수학식 1에서 : 압환강도, : 파단시 최대하중, : 시편의 외경, : 링의 두께, : 시편의 길이임.In Equation 1, the compressive strength, the maximum load at break, the outer diameter of the specimen, the thickness of the ring, and the length of the specimen.

도 8을 참조하면, 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체 시편은 123.77 MPa의 압환강도를 나타내었다. 또한 활성탄(AC) 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 시편은 각각 81.02 MPa, 75.50 MPa, 53.40 MPa의 강도를 나타내었으며, 카본 블랙(CB) 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 시편은 각각 90.78 MPa, 85.64 MPa, 73.00 MPa의 강도를 나타내었다. 활성탄과 카본 블랙을 사용하여 제조된 연료극 지지체의 미세구조와 기공도 차이는 기계적 강도에 있어서 중요한 요인으로 작용한 것으로 판단된다. 카본 블랙을 사용하여 제조된 연료극 지지체는 많은 거대 기공이 존재하지만, 낮은 기공도를 나타내며 보다 작은 기공으로 이루어져 활성탄을 사용하여 제조된 연료극 지지체 보다 높은 기계적 강도를 나타내었다. 고체산화물 연료전지에 사용되는 연료극 지지체는 단위전지의 구성에 있어서 단위전지를 지지하는 역할을 하기 때문에 열 충격이나 외부의 충격에 견딜 수 있는 충분한 강도를 가져야 한다.
Referring to FIG. 8, the anode support specimen prepared without using the pore-forming agent exhibited a crushing strength of 123.77 MPa. In addition, the anode support specimens prepared using 3% by weight, 5% by weight and 10% by weight of activated carbon (AC) exhibited strengths of 81.02 MPa, 75.50 MPa, and 53.40 MPa, respectively, and 3% by weight of carbon black (CB) and 5%. The anode support specimens prepared using the wt% and 10 wt% exhibited strengths of 90.78 MPa, 85.64 MPa, and 73.00 MPa, respectively. Differences in the microstructure and porosity of the anode support fabricated using activated carbon and carbon black are considered to be important factors in mechanical strength. The anode support prepared using carbon black has many macropores, but exhibits low porosity and is made of smaller pores, indicating higher mechanical strength than the anode support prepared using activated carbon. Since the anode support used in the solid oxide fuel cell serves to support the unit cell in the construction of the unit cell, the anode support must have sufficient strength to withstand thermal shock or external shock.

(5) (5) 연료극Anode 지지체의 가스 투과도 측정 Gas Permeability Measurement of Support

기공형성제로서 활성탄(AC) 및 카본 블랙(CB) 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량%를 사용하여 제조된 연료극 지지체 및 기공형성제를 사용하지 않고 제조된 연료극 지지체의 가스 투과도는 도 9에 도시된 연료극 지지체의 가스 투과도를 측정하기 위한 측정 장치의 모식도에 나타낸 바와 같이 연료극 지지체에 일정한 유량의 수소를 흘려주고 반대쪽을 밀봉하여 수소가스가 연료극 지지체를 투과할 때 발생하는 압력차를 측정하였고, 가스 투과도는 하기 수학식 2로 나타난 Darcy’s law를 사용하여 계산하였다. 그 결과는 도 10에 나타내었다.Gas permeability of the anode support prepared using 3% by weight, 5% and 10% by weight of activated carbon (AC) and carbon black (CB) as the pore-forming agent and the anode support prepared without the pore-forming agent is shown in FIG. 9. As shown in the schematic diagram of the measuring device for measuring the gas permeability of the anode support as shown in Fig. 2, a constant flow rate of hydrogen was flowed to the anode support and the opposite side was sealed to measure the pressure difference generated when hydrogen gas penetrated the anode support. , Gas permeability was calculated using Darcy's law represented by the following equation (2). The results are shown in Fig.

[수학식 2]
&Quot; (2) "

상기 수학식 2에서 : 유량, : 가스투과도, : 점성계수, : 차압, : 지지체 표면적, : 지지체 두께임.In equation (2): flow rate, gas permeability, viscosity coefficient, differential pressure, support surface area, support thickness.

도 10을 참조하면, 기공도가 높고, 기공의 크기가 큰 활성탄을 사용하여 제조된 연료극 지지체가 다른 기공형성제를 사용한 연료극 지지체 보다 높은 가스 투과도를 나타낸다. 또한 함량에 따른 가스 투과도에 대한 효과는 카본 블랙 보다 활성탄을 사용하여 제조된 연료극 지지체에서 크게 나타남을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, an anode support manufactured using activated carbon having a high porosity and a large pore size exhibits higher gas permeability than an anode support using another pore-forming agent. In addition, it can be seen that the effect on the gas permeability according to the content is greater in the anode support manufactured using activated carbon than carbon black.

Claims (11)

Ni/8YSZ 서멧 90~97 중량% 에 활성탄 혹은 카본 블랙 3~10 중량%를 혼합한 후, 이에 용매를 첨가한 후 슬러리 상태로 제조하여 볼 밀링하여 균일화하는 단계(단계 1);
상기 균일화된 Ni/8YSZ 서멧과 활성탄 혹은 카본 블랙의 혼합물을 건조기에서 건조한 후 분쇄하여 분말화하는 단계(단계 2);
상기 분말화된 혼합물에 혼합물 100 중량부 기준으로 바인더 15~20 중량부, 가소제 4~8 중량부, 윤활제 2~6 중량부 및 증류수 20~25 중량부를 첨가하여 혼련함으로써 페이스트를 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 페이스트를 압출하여 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 제조하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4에서 제조된 연료극 지지체를 열처리 및 가소결하는 단계(단계 5)를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
90% to 97% by weight of Ni / 8YSZ cermet and 3 to 10% by weight of activated carbon or carbon black, followed by adding a solvent to the slurry to prepare a slurry and uniformly ball milling (step 1);
Drying the mixture of the homogenized Ni / 8YSZ cermet and activated carbon or carbon black in a dryer and then pulverizing the powder (step 2);
Preparing a paste by kneading by adding 15 to 20 parts by weight of binder, 4 to 8 parts by weight of plasticizer, 2 to 6 parts by weight of lubricant, and 20 to 25 parts by weight of distilled water to the powdered mixture based on 100 parts by weight of the mixture (step 3);
Extruding the paste prepared in step 3 to prepare an anode support for a solid oxide fuel cell (step 4); And
A method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell comprising the step (step 5) of heat treating and pre-sintering the anode support prepared in step 4.
청구항 1에 있어서,
상기 Ni/8YSZ 서멧은 Ni과 8YSZ가 40:60 vol%로 혼합된 것임을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The Ni / 8YSZ cermet is a method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, characterized in that Ni and 8YSZ is mixed at 40:60 vol%.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 1에서 Ni/8YSZ 서멧 90~97 중량%에 활성탄 혹은 카본 블랙의 혼합물 3~10 중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, characterized in that prepared in step 1 by mixing 3 to 10% by weight of a mixture of activated carbon or carbon black to 90 ~ 97% by weight Ni / 8YSZ cermet.
청구항 1에 있어서,
상기 바인더는 메틸 셀룰로오스 또는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스인 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The binder is a manufacturing method of a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, characterized in that the methyl cellulose or hydroxypropyl methyl cellulose.
청구항 1에 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.
The method according to claim 1,
And the plasticizer is selected from the group consisting of propylene carbonate, polyethyleneglycol, and dibutyl phthalate.
청구항 1에 있어서,
상기 윤활유는 스테아르산(Stearic Acid)인 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The lubricating oil is a method of manufacturing a cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, characterized in that stearic acid (Stearic Acid).
청구항 1에 있어서,
상기 단계 1에서 Ni/8YSZ 서멧 및 활성탄과 카본 블랙의 혼합물에 용매로서 에탄올을 첨가하고 고순도 지르코니아 볼을 혼합하여 1일 ~ 2주 동안 볼 밀링하는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Preparation of a cylindrical solid oxide fuel cell anode support for a cylindrical solid oxide fuel cell, characterized in that in step 1 by adding ethanol as a solvent to the Ni / 8YSZ cermet and a mixture of activated carbon and carbon black and mixing high purity zirconia balls for 1 to 2 weeks Way.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 4에서 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 압출하기 전에 수분이 고르게 분포되도록 냉장 보관하는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a cylindrical solid oxide fuel cell anode support for the solid oxide fuel cell, characterized in that the refrigerated storage so that the moisture is evenly distributed before extruding the anode support for solid oxide fuel cell.
청구항 9에 있어서,
가소결된 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 1350~1450℃에서 소결하는 것을 특징으로 하는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법.
The method according to claim 9,
A method for producing a cylindrical solid oxide fuel cell anode support, characterized in that the sintered anode support for solid oxide fuel cells is sintered at 1350 to 1450 ° C.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체.
A cathode support for a cylindrical solid oxide fuel cell manufactured according to any one of claims 1 to 9.
청구항 10의 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체를 포함하여 구성되는 원통형 고체산화물 연료전지.A cylindrical solid oxide fuel cell comprising the anode support for a cylindrical solid oxide fuel cell of claim 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114204044A (en) * 2020-09-17 2022-03-18 浙江氢邦科技有限公司 Preparation method of supported anode in anode-supported solid oxide fuel cell with symmetrical structure

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