KR20130030123A - Load plate for solid oxide fuel cell and the method for manufacturing solid oxide fuel cell using the same - Google Patents

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황정태
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Abstract

PURPOSE: A load plate for a solid oxide fuel cell and a method for manufacturing a solid oxide fuel cell using the same are provided to minimize the generation of insulative impurities on the surface of an electrolyte, to minimize the generation of scratches, thereby improving the planarity of a cell and production yield. CONSTITUTION: A load plate(100) for a solid oxide fuel cell is formed in the same material as an electrolyte material. The one side which is contacted to the electrolyte material is polished. A manufacturing method of a solid oxide fuel cell comprises a step of forming a cell-supporting ceramic plate(300) by laminating electrolyte on a fuel cell; a step of preparing a load plate on the cell-supporting ceramic plate; a step of co-sintering the fuel electrode and electrolyte; and a step of laminating an air electrode on a solid oxide fuel cell(200) with a removed load plate and cell-supporting plate and sintering the laminate.

Description

고체 산화물 연료전지 제조용 가압판 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지의 제조방법{Load plate for solid oxide fuel cell and the method for manufacturing solid oxide fuel cell using the same}Load plate for solid oxide fuel cell and the method for manufacturing solid oxide fuel cell using the same}

본 발명은 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판 및 이를 이용한 고체 산화물 연료전지의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a pressure plate for producing a solid oxide fuel cell and a method for producing a solid oxide fuel cell using the same.

고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cell; SOFC)는 단위 전지와 분리판으로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수개 적층된 구조로 이루어진다. 단위 전지는 전해질과, 전해질의 일면에 위치하는 양극(공기극)과, 전해질의 다른 일면에 위치하는 음극(연료극)을 포함한다. A solid oxide fuel cell (SOFC) has a structure in which a plurality of electricity generating units including a unit cell and a separator are stacked. The unit cell includes an electrolyte, an anode (air electrode) located on one side of the electrolyte, and a cathode (fuel electrode) located on the other side of the electrolyte.

양극에 산소를 공급하고 음극에 수소를 공급하면, 양극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질을 지나 음극으로 이동한 후 음극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때 음극에서 생성된 전자가 양극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기에너지를 생산한다. When oxygen is supplied to the positive electrode and hydrogen is supplied to the negative electrode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen at the positive electrode move through the electrolyte to the negative electrode, and then react with the hydrogen supplied to the negative electrode to generate water. At this time, electrons flow from the cathode to the external circuit in the process of being consumed and transferred to the anode, and the unit cell uses the electron flow to produce electrical energy.

일반적으로 고체 산화물 연료전지에 있어서, 전해질 구성물질은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia; YSZ)를 사용하고, 전극 구성물질은 니켈 옥사이드(NiO)와 이트리아 안정화 지르코니아가 혼합된 합금을 사용하고 있다. 이러한 고체 산화물 연료전지를 제조하기 위해서는 1000～1500℃의 고온 소결이 필요하며, 소결 공정은 연료극에 전해질을 적층하여 연료극 및 전해질을 동시 소결한 후 공기극을 소결하는 순서로 단계적으로 이루어진다.
In general, in the solid oxide fuel cell, the electrolyte material is yttria stabilized zirconia (YSZ), and the electrode material is a mixture of nickel oxide (NiO) and yttria stabilized zirconia. . In order to manufacture such a solid oxide fuel cell, high temperature sintering of 1000 to 1500 ° C. is required, and the sintering process is performed step by step in which an electrolyte is laminated on a fuel electrode, the fuel electrode and the electrolyte are simultaneously sintered, and the air electrode is sintered.

하지만, 전극 구성물질과 전해질 구성물질의 각기 다른 열팽창 계수로 인해서 비슷한 소성 온도에도 불구하고 연료극과 전해질을 동시 소성하게 되면 휘어지는 현상이 나타나게 되고, 각각의 온도에 따라 다른 수축의 결과로 각각의 구성물질에 높은 스트레스를 가하게 되고, 이로 인해 전해질 표면에 크랙이 가거나 전극이 휘어지는 현상이 나타나게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 소결시 가압할 수 있는 가압판을 사용할 수 있고, 한국 공개특허 제10-2008-0056967호는 고체 산화물 연료전지의 단위전지 제조용 가압장치 및 이를 이용한 제조방법을 기술하고 있다. 그러나 이러한 가압판의 사용으로 전해질 표면에 절연성 불순물이 생성되고, 표면 스크래치가 발생하는 등의 많은 문제가 있다.
However, due to the different coefficients of thermal expansion of the electrode and electrolyte components, the simultaneous firing of the anode and the electrolyte, despite similar firing temperatures, results in a warpage, resulting in different shrinkages at different temperatures. High stress is applied to this, which causes cracks on the surface of the electrolyte and a phenomenon in which the electrode is bent. Therefore, in order to solve this problem, it is possible to use a pressure plate that can be pressurized during sintering, and Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2008-0056967 describes a pressurization apparatus for manufacturing a unit cell of a solid oxide fuel cell and a manufacturing method using the same. . However, there are many problems such as the production of insulating impurities on the surface of the electrolyte and the occurrence of surface scratches.

이에, 본 발명은 종래 기술에서 나타날 수 있는 전해질 표면에 절연성 불순물 생성 및 표면 스크래치 발생 등을 억제할 수 있는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a pressure plate for producing a solid oxide fuel cell capable of suppressing the generation of insulating impurities and the occurrence of surface scratches on the surface of the electrolyte, which can be seen in the prior art.

또한, 본 발명은 상기 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판을 이용한 고체 산화물 연료전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing a solid oxide fuel cell using the pressure plate for producing a solid oxide fuel cell.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전해질 물질과 동일한 물질로 이루어지고 전해질 물질과 접촉하는 일면이 연마되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pressure plate for producing a solid oxide fuel cell, characterized in that the surface made of the same material as the electrolyte material and the one surface in contact with the electrolyte material is polished.

또한, 본 발명은 연료극 위에 전해질을 적층하여 셀 받침용 세라믹 판에 마련하는 단계; 상기 셀 받침용 세라믹 판 상부에 본 발명에 따른 가압판을 마련하여 상기 연료극과 전해질을 공소결하는 단계; 및 상기 공소결 후 상기 가압판 및 셀 받침용 세라믹 판을 제거한 고체 산화물 연료전지 셀에 공기극을 적층하고 소결하는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention comprises the steps of stacking the electrolyte on the anode to provide a ceramic plate for the cell support; Co-sintering the anode and the electrolyte by providing a pressure plate according to the present invention on the ceramic plate for supporting the cell; And laminating and sintering a cathode on a solid oxide fuel cell in which the pressing plate and the cell support ceramic plate are removed after the co-sintering.

본 발명에 따르면, 종래 가압판을 이용하여 연료극 및 전해질을 공소결할 때 발생할 수 있는 전해질 표면에서의 절연성 불순물 생성을 억제하고, 스크래치 발생을 억제하여 향상된 셀 평판도 및 제조 수율을 확보할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to reduce the generation of insulating impurities on the surface of the electrolyte which may occur when co-sintering the anode and the electrolyte by using a conventional pressure plate, and to prevent scratches, thereby ensuring improved cell flatness and manufacturing yield.

도 1은 공소결시 사용되는 본 발명에 따른 가압판을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 전해질 및 종래 가압판을 이용하여 제조된 전해질에서의 스크래치 발생 상황을 나타낸 사진이다.
도 3은 알루미나 플레이트를 가압판으로 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(비교예 1)의 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 사진 및 원소성분분석(EDS, energy dispersive spectrometer) 결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 이트리아 안정화 지르코니아 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(실시예 2)의 주사전자현미경 사진 및 원소성분분석 결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(실시예 2) 및 종래 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(비교예 1)의 평판도를 나타낸 결과이다.
도 6은 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(실시예 2)의 로드에 따른 휨 정도를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view showing a pressure plate according to the present invention used during sintering.
2 is a photograph showing a scratch occurrence situation in the electrolyte prepared using the pressure plate according to the present invention and the electrolyte prepared using a conventional pressure plate.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph and elemental component analysis (EDS) result of a solid oxide fuel cell (Comparative Example 1) prepared using an alumina plate as a pressure plate.
Figure 4 is a scanning electron micrograph and elemental analysis of the solid oxide fuel cell (Example 2) prepared using a yttria stabilized zirconia platen according to the present invention.
5 is a result showing the flatness of a solid oxide fuel cell (Example 2) prepared using a pressure plate according to the present invention and a solid oxide fuel cell (Comparative Example 1) manufactured using a conventional pressure plate.
6 is a graph showing the degree of warpage according to the load of the solid oxide fuel cell (Example 2) manufactured using a pressure plate according to the present invention.

본 발명에서는 우선, 전해질 물질과 동일한 물질로 이루어지고 전해질 물질과 접촉하는 일면이 연마되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판을 제공한다. The present invention firstly provides a pressure plate for producing a solid oxide fuel cell, which is made of the same material as the electrolyte material and is polished on one surface thereof in contact with the electrolyte material.

이때, 상기 가압판은 전해질 표면에 절연성 불순물 생성을 억제하기 위해 고체 산화물 연료전지의 전해질 물질과 동일한 것이 바람직하고, 산소이온 전도성 및 고온 강도가 우수한 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스트론튬 망간 도핑된 란타늄 갈레이트(LSGM), 가돌륨이 도핑된 세리아(GDC) 또는 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ) 등이 사용될 수 있다. 상기 가압판은 기본적인 세라믹 공정을 기반으로 제조할 수 있으며, 특히 테이프 캐스팅(tape casting)법 또는 압축성형법(compression molding) 등을 이용하여 제조할 수 있다. 한편, 가압효과의 극대화를 위해 상기 가압판 면적은 고체 산화물 연료전지 셀의 면적보다 큰 것이 바람직하다(도 1 참조). In this case, the pressure plate is preferably the same as the electrolyte material of the solid oxide fuel cell in order to suppress the generation of insulating impurities on the surface of the electrolyte, it is possible to use a material excellent in oxygen ion conductivity and high temperature strength. Specifically, yttria stabilized zirconia (YSZ), strontium manganese doped lanthanum gallate (LSGM), gadolium-doped ceria (GDC), or Scandia stabilized zirconia (ScSZ) may be used. The pressure plate may be manufactured based on a basic ceramic process, and in particular, may be manufactured by using a tape casting method or a compression molding method. Meanwhile, in order to maximize the pressurizing effect, the pressurizing plate area is preferably larger than that of the solid oxide fuel cell (see FIG. 1).

상기 가압판의 연마는 SiC 페이퍼 또는 다이아몬드 현탁액 등을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 가압판의 연마된 일면의 표면 거칠기는 0.5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이는 연료극 및 전해질의 공소결시 연료전지 셀의 수축이 발생함에 따라 가압판 표면과 전해질 표면 사이에 마찰력이 발생할 수 있으므로 상기 범위인 것이 바람직하고, 0.5㎛를 초과하는 경우에는 전해질 표면에 스크래치가 발생하는 것을 확인할 수 있다(도 2 참조). Polishing of the pressure plate may be performed using SiC paper or diamond suspension, and the surface roughness of the polished surface of the pressure plate is preferably 0.5 μm or less. This is because the friction between the pressure plate surface and the surface of the electrolyte may occur as the shrinkage of the fuel cell during the sintering of the anode and the electrolyte may be in the above range, and if it exceeds 0.5 μm, scratches may occur on the surface of the electrolyte. It can be confirmed (see FIG. 2).

또한, 상기 가압판의 무게는 연료전지 셀의 평탄도를 확보하기 위해 고체 산화물 연료전지 셀의 단위면적(㎠)당 1.5 - 2.0g인 것이 바람직하다. 상기 가압판의 무게가 연료전지 셀의 단위면적(㎠)당 1.5g 미만인 경우에는 평판도의 허용범위에 속하지 못하는 것을 확인할 수 있고(도 5 및 도 6 참조), 2.0g을 초과하는 경우에는 가압판의 무게로 인해 전해질의 수축률(소결성, 치밀화)이 저하되고(상부에 2.0g/㎠을 초과하는 무게의 가압판이 누르고 있는 상태) 공소결시 셀이 파괴될 수 있는 문제가 있다.
In addition, the weight of the pressure plate is preferably 1.5 to 2.0g per unit area (cm 2) of the solid oxide fuel cell in order to secure flatness of the fuel cell. When the weight of the pressure plate is less than 1.5g per unit area (cm 2) of the fuel cell, it can be seen that it does not belong to the acceptable range of flatness (see FIGS. 5 and 6). Due to this, there is a problem that the shrinkage rate (sintering property, densification) of the electrolyte is lowered (the pressing plate having a weight exceeding 2.0 g / cm 2 is held in the upper part) and the cell may be destroyed during the sintering.

또한, 본 발명에서는, 연료극 위에 전해질을 적층하여 셀 받침용 세라믹 판에 마련하는 단계;In addition, in the present invention, the step of stacking the electrolyte on the anode to provide a cell support ceramic plate;

상기 셀 받침용 세라믹 판 상부에 본 발명에 따른 전해질 물질과 동일한 물질로 이루어지고 전해질 물질과 접촉하는 일면이 연마된 가압판을 마련하여 상기 연료극과 전해질을 공소결하는 단계; 및Co-sintering the fuel electrode and the electrolyte by providing a pressing plate made of the same material as the electrolyte material according to the present invention on the cell support ceramic plate and polished on one surface thereof in contact with the electrolyte material; And

상기 공소결 후 상기 가압판 및 셀 받침용 세라믹 판을 제거한 고체 산화물 연료전지 셀에 공기극을 적층하고 소결하는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a solid oxide fuel cell comprising the step of laminating and sintering a cathode in a solid oxide fuel cell cell from which the pressing plate and the cell support ceramic plate are removed after the co-sintering.

상기 연료극과 전해질은 스크린 프린팅(screen printing) 또는 테이프 캐스팅(tape casting) 등의 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 상기 전해질은 산소 이온 전도성 및 고온 강도가 우수한 물질을 사용할 수 있고, 구체적으로 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스트론튬 망간 도핑된 란타늄 갈레이트(LSGM), 가돌륨이 도핑된 세리아(GDC) 또는 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ) 등을 사용할 수 있다. The anode and the electrolyte may be performed using a method such as screen printing or tape casting. The electrolyte may be a material having excellent oxygen ion conductivity and high temperature strength. Yttria stabilized zirconia (YSZ), strontium manganese doped lanthanum gallate (LSGM), gadolium-doped ceria (GDC), or Scandia stabilized zirconia (ScSZ), and the like.

상기 연료극 및 전해질이 적층된 고체 산화물 연료전지 셀 상부에 본 발명에 따른 가압판을 마련한 후 상기 연료극 및 전해질을 공소결하여 연료극 및 전해질을 제조할 수 있으며, 상기 공소결은 1000～1500℃에서 수행될 수 있다. After preparing the pressure plate according to the present invention on the solid oxide fuel cell in which the anode and the electrolyte are stacked, the anode and the electrolyte may be co-sintered to manufacture the anode and the electrolyte, and the co-sintering may be performed at 1000 to 1500 ° C. Can be.

이때, 상기 가압판은 고체 산화물 연료전지 셀의 단위면적(㎠)당 1.5 - 2.0g인 것이 바람직하다.
In this case, the pressure plate is preferably 1.5 to 2.0g per unit area (cm 2) of the solid oxide fuel cell.

본 발명에 따르면, 종래 가압판을 이용하여 연료극 및 전해질을 공소결할 때 발생할 수 있는 전해질 표면에서의 절연성 불순물 생성을 억제하고, 스크래치 발생을 억제하여 향상된 셀 평판도 및 제조 수율을 확보할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to reduce the generation of insulating impurities on the surface of the electrolyte which may occur when co-sintering the anode and the electrolyte by using a conventional pressure plate, and to prevent scratches, thereby ensuring improved cell flatness and manufacturing yield.

실시예Example 1. 고체 산화물 연료전지용  1. Solid oxide fuel cell 가압판의Pressure plate 제조 Produce

이트리아 안정화 지르코니아를 압축성형법으로 제조한 후 전해질 물질과 접촉하는 일면을 SiC 페이퍼로 연마하여 표면거칠기가 0.5㎛가 되게 하였으며, 가압판 무게는 고체 산화물 연료전지 셀 단위면적(㎠)당 1.5g이 되게 하여 고체 산화물 연료전지용 가압판을 제조하였다.
After the yttria stabilized zirconia was manufactured by compression molding, the surface contacted with the electrolyte material was polished with SiC paper to give a surface roughness of 0.5 μm, and the pressure plate weight was 1.5 g per unit area (cm 2) of the solid oxide fuel cell. To prepare a pressure plate for a solid oxide fuel cell.

실시예Example 2. 고체 산화물 연료전지의 제조 2. Fabrication of Solid Oxide Fuel Cells

니켈 옥사이드(NiO)와 이트리아 안정화 지르코니아를 압축성형법을 이용하여 연료극으로 제조한 후 연료극 위에 이트리아 안정화 지르코니아를 스크린 프린팅법으로 전해질을 도포하여 셀 받침용 세라믹 판에 위치시켰다. 셀 받침용 세라믹 판 상부에 상기 실시예 1에서 제조된 가압판을 위치시키고 상기 연료극과 전해질을 1400℃에서 공소결하였다. 공소결 후 가압판 및 셀 받침용 세라믹 판을 제거한 후 고체 산화물 연료전지의 공기극으로 LaSrMnO3를 스크린 프린팅법으로 도포하고 소결하여 고체 산화물 연료전지를 제조하였다.
Nickel oxide (NiO) and yttria stabilized zirconia were prepared as a fuel electrode by compression molding, and then yttria stabilized zirconia was coated on the anode by screen printing to place an electrolyte on a ceramic support plate. The pressure plate manufactured in Example 1 was placed on the cell support ceramic plate, and the fuel electrode and the electrolyte were co-sintered at 1400 ° C. After the sintering, the pressure plate and the ceramic plate for cell support were removed, and LaSrMnO 3 was applied to the cathode of the solid oxide fuel cell by screen printing and sintered to prepare a solid oxide fuel cell.

비교예Comparative example 1. 종래  1. Conventional 가압판을Pressure plate 이용하여 고체 산화물 연료전지 제조 Solid Oxide Fuel Cell Manufacturing

상업적으로 이용되고 있는 알루미나(Al2O3) 플레이트를 가압판(전해질과 접촉하는 일면이 연마되어 있지 않음)으로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 고체 산화물 연료전지를 제조하였다.
A solid oxide fuel cell was manufactured in the same manner as in Example 2, except that a commercially used alumina (Al 2 O 3 ) plate was used as a pressure plate (one surface in contact with the electrolyte was not polished).

도 1은 공소결시 사용되는 본 발명에 따른 가압판을 나타낸 개략도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연료극 위에 전해질이 적층된 고체 산화물 연료전지 셀(200)을 셀 받침용 세라믹 판(300)에 위치시켰다. 셀 받침용 세라믹 판(300) 상부에 가압판(100)을 위치시켜 연료극과 전해질을 1400℃에서 공소결시킨다. 본 발명에 따른 가압판(100)을 사용하여 전해질 표면에 절연성 불순물이 생성되지 않고, 스크래치 발생 억제 및 셀 평탄도를 확보할 수 있다. 1 is a schematic view showing a pressure plate according to the present invention used during sintering. As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell 200 in which an electrolyte is stacked on an anode is positioned on a cell support ceramic plate 300. The pressure plate 100 is positioned on the cell support ceramic plate 300 to co-sinter the fuel electrode and the electrolyte at 1400 ° C. By using the pressure plate 100 according to the present invention, insulating impurities are not generated on the surface of the electrolyte, and scratch generation can be suppressed and cell flatness can be ensured.

도 2는 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 전해질 및 종래 가압판을 이용하여 제조된 전해질에서의 스크래치 발생 상황을 나타낸 사진이다. 도 2의 (a)와 (b)는 각각 비교예 1 및 실시예 2에서의 전해질을 나타내고, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 가압판을 이용하면 전해질 표면에 스크래치가 거의 발생되지 않는 것을 알 수 있다. 2 is a photograph showing a scratch occurrence situation in the electrolyte prepared using the pressure plate according to the present invention and the electrolyte prepared using a conventional pressure plate. 2 (a) and 2 (b) show the electrolytes in Comparative Example 1 and Example 2, respectively, and as shown in FIG. 2, the use of the pressure plate according to the present invention hardly causes scratches on the surface of the electrolyte. Able to know.

도 3은 알루미나 플레이트를 가압판으로 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(비교예 1)의 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 사진 및 원소성분분석(EDS) 결과이다. 도 3의 (a)는 주사전자현미경(SEM) 사진으로 전해질 표면에 반응현상이 나타난 것을 확인할 수 있고(화살표 방향은 각각의 부분을 확대한 사진이다), 도 3의 (b)는 원소성분분석(EDS, Energy dispersive spectrometer) 결과로서 원하지 않은 성분인 Al, Ni이 검출되는 것을 확인할 수 있다. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph and elemental component analysis (EDS) result of a solid oxide fuel cell (Comparative Example 1) prepared using an alumina plate as a pressure plate. Figure 3 (a) is a scanning electron microscope (SEM) can be seen that the reaction phenomenon appeared on the surface of the electrolyte (arrow direction is an enlarged picture of each part), Figure 3 (b) is an elemental component analysis As a result of (EDS, Energy dispersive spectrometer), it can be confirmed that unwanted components Al and Ni are detected.

도 4는 본 발명에 따른 이트리아 안정화 지르코니아 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(실시예 2)의 주사전자현미경 사진 및 원소성분분석 결과이다. 도 4의 (a)는 주사전자현미경 사진으로 전해질 표면에 반응현상 및 스크래치 등이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있고(도 4의 (a)에서 1 및 2는 전해질 표면을 점선 원으로 나타낸 것이고, 오른쪽 사진의 1 및 2의 점선 원 부분을 확대한 사진이다), 도 4의 (b)는 원소성분분석 결과로서 불순물 없이 주요 성분인 Zr이 검출되는 것을 확인할 수 있다. Figure 4 is a scanning electron micrograph and elemental analysis of the solid oxide fuel cell (Example 2) prepared using a yttria stabilized zirconia platen according to the present invention. Figure 4 (a) is a scanning electron micrograph it can be confirmed that the reaction phenomenon and scratches, etc. did not occur on the surface of the electrolyte (in Figure 4 (a) 1 and 2 is a dotted line circle the electrolyte surface, the right side The dotted lines in the photographs 1 and 2 are enlarged photographs), and FIG. 4B shows that Zr, which is a main component without impurities, is detected as an elemental component analysis result.

도 5는 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(실시예 2) 및 종래 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(비교예 1)의 평판도를 나타낸 결과이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 종래 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지의 평판도는 0.5%였고, 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(실시예 2)의 평판도는 0.28%로 나타났으며, 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지의 평판도가 더욱 우수한 것을 알 수 있다. 5 is a result showing the flatness of a solid oxide fuel cell (Example 2) prepared using a pressure plate according to the present invention and a solid oxide fuel cell (Comparative Example 1) manufactured using a conventional pressure plate. As shown in FIG. 5, the flatness of a solid oxide fuel cell manufactured using a conventional pressure plate was 0.5%, and the flatness of a solid oxide fuel cell (Example 2) manufactured using a pressure plate according to the present invention was 0.28%. It can be seen that the flatness of the solid oxide fuel cell manufactured using the pressure plate according to the present invention is more excellent.

도 6은 본 발명에 따른 가압판을 이용하여 제조된 고체 산화물 연료전지(실시예 2)의 로드(load, g/㎠)에 따른 휨(warpage, h/d, %) 정도를 나타낸 그래프이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 로드가 증가함에 따라 휨 정도가 낮아지는 것을 알 수 있고 약 1.5 g/㎠의 로드에서부터 휨 정도는 평판도 허용범위 내에 있는 것을 알 수 있다.
Figure 6 is a graph showing the degree of warpage (warpage, h / d,%) according to the load (load, g / ㎠) of the solid oxide fuel cell (Example 2) manufactured using a pressure plate according to the present invention. As shown in FIG. 6, it can be seen that the degree of warpage decreases as the rod increases, and the degree of warpage from the rod of about 1.5 g / cm 2 is in the flatness tolerance range.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but a person of ordinary skill in the art does not depart from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention. Therefore, the spirit of the present invention should be understood by the claims described below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

100: 가압판
200: 고체 산화물 연료전지 셀
300: 셀 받침용 세라믹 판100: pressure plate
200: solid oxide fuel cell
300: ceramic plate for cell support

Claims (8)

전해질 물질과 동일한 물질로 이루어지고 전해질 물질과 접촉하는 일면이 연마되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판.
A pressure plate for producing a solid oxide fuel cell, comprising: a surface made of the same material as the electrolyte material and polished on one surface thereof in contact with the electrolyte material.
청구항 1에 있어서,
이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스트론튬 망간 도핑된 란타늄 갈레이트(LSGM), 가돌륨이 도핑된 세리아(GDC) 및 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판.
The method according to claim 1,
Solid comprising at least one selected from the group consisting of yttria stabilized zirconia (YSZ), strontium manganese doped lanthanum gallate (LSGM), gadolium-doped ceria (GDC), and scandia stabilized zirconia (ScSZ) Pressure plate for producing oxide fuel cell.
청구항 1에 있어서,
상기 가압판의 연마된 일면의 표면 거칠기는 0.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판.
The method according to claim 1,
The surface roughness of the polished one surface of the pressure plate is 0.5μm or less pressure plate for producing a solid oxide fuel cell.
청구항 1에 있어서,
상기 가압판의 무게는 고체 산화물 연료전지 셀의 단위면적(㎠)당 1.5 - 2.0g인 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판.
The method according to claim 1,
The pressure plate is a pressure plate for producing a solid oxide fuel cell, characterized in that 1.5 to 2.0g per unit area (cm 2) of the solid oxide fuel cell.
청구항 1에 있어서,
상기 연마는 SiC 페이퍼 또는 다이아몬드 현탁액을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지 제조용 가압판.
The method according to claim 1,
The polishing plate is for producing a solid oxide fuel cell, characterized in that the polishing is carried out using SiC paper or diamond suspension.
연료극 위에 전해질을 적층하여 셀 받침용 세라믹 판에 마련하는 단계;
상기 셀 받침용 세라믹 판 상부에 청구항 1의 가압판을 마련하여 상기 연료극과 전해질을 공소결하는 단계; 및
상기 공소결 후 상기 가압판 및 셀 받침용 세라믹 판을 제거한 고체 산화물 연료전지 셀에 공기극을 적층하고 소결하는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지의 제조방법.
Stacking an electrolyte on the anode and preparing the ceramic plate for cell support;
Co-sintering the anode and the electrolyte by providing a pressure plate according to claim 1 on the cell support ceramic plate; And
And laminating and sintering an air electrode in the solid oxide fuel cell which has removed the press plate and the cell support ceramic plate after the co-sintering.
청구항 6에 있어서,
상기 전해질은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스트론튬 망간 도핑된 란타늄 갈레이트(LSGM), 가돌륨이 도핑된 세리아(GDC) 및 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지의 제조방법.
The method of claim 6,
The electrolyte is one selected from the group consisting of yttria stabilized zirconia (YSZ), strontium manganese doped lanthanum gallate (LSGM), gadolium-doped ceria (GDC), and scandia stabilized zirconia (ScSZ). Method for producing a solid oxide fuel cell.
청구항 6에 있어서,
상기 가압판은 고체 산화물 연료전지 셀의 단위면적(㎠)당 1.5 - 2.0g인 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료전지의 제조방법.The method of claim 6,
The pressing plate is a method for producing a solid oxide fuel cell, characterized in that 1.5 to 2.0g per unit area (cm 2) of the solid oxide fuel cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111129560A (en) * 2019-12-27 2020-05-08 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 Oxide solid electrolyte sheet and preparation method and application thereof

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