KR20130098295A - 소결 방법 - Google Patents

소결 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130098295A
KR20130098295A KR1020137002928A KR20137002928A KR20130098295A KR 20130098295 A KR20130098295 A KR 20130098295A KR 1020137002928 A KR1020137002928 A KR 1020137002928A KR 20137002928 A KR20137002928 A KR 20137002928A KR 20130098295 A KR20130098295 A KR 20130098295A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
raw
spacer
load
sintering
Prior art date
Application number
KR1020137002928A
Other languages
English (en)
Inventor
소렌 린더로스
Original Assignee
테크니칼 유니버시티 오브 덴마크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 테크니칼 유니버시티 오브 덴마크 filed Critical 테크니칼 유니버시티 오브 덴마크
Publication of KR20130098295A publication Critical patent/KR20130098295A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B13/02—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
    • B29B13/022—Melting the material to be shaped
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8814—Temporary supports, e.g. decal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H01M4/8885—Sintering or firing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H01M4/8885—Sintering or firing
    • H01M4/8889—Cosintering or cofiring of a catalytic active layer with another type of layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/1253—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 지지체 위에 제공하는 단계; 지지체 위의 적어도 하나의 스페이서 위에 하중을 제공하는데, 이 하중이 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 상기 소지 위에 소지와 접촉하지 않으면서 위치되도록 제공하는 단계; 생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 연화 온도 또는 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하는 단계; 스페이서의 연화점 또는 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하여 하중이 소지와 접촉하도록 하는 단계; 및 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 소결하는 단계를 순서대로 포함하는 소결 방법을 제공한다.

Description

소결 방법{A METHOD FOR SINTERING}
본 발명은 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 소결하는 개선된 방법을 제공한다.
일반적으로 고체 산화물 전지(SOCs)는 고체 산화물 연료전지(SOFC), 고체 산화물 전해전지(SOEC) 또는 멤브레인과 같은 상이한 용도를 위해 설계된 전지를 일반적으로 포함한다. 이들의 공통된 기본적인 구조 때문에 예를 들어 같은 전지가 SOFC 용도는 물론 SOEC 용도에도 사용될 수 있다. SOFC에서는 연료가 전지에 공급되어 전력으로 전환되는 반면 SOEC에서는 전력이 인가되어 연료를 생산하기 때문에 이들 전지는 "가역적" 전지라고 한다.
고체 산화물 연료전지(SOFCs)는 본 분야에 잘 알려져 있으며 다양한 디자인이 소개되고 있다. 전형적인 구조는 두 개의 전극 사이에 개재된 전해질 층을 포함한다. 통상 약 500℃ 내지 약 1100℃의 온도에서 작동하는 동안 한 전극이 산소나 공기와 접촉하고, 나머지 전극은 연료 가스와 접촉한다.
선행기술에서 제안된 가장 흔한 제조 과정은 단일 전지의 제조를 포함한다. 일반적으로 지지체가 제공되고, 그 위에 애노드 층이 생 상태, 즉 소결 안 된 상태로 형성되며, 이후 전해질 층과 제2 전극 층이 생 상태로 적용된다. 이렇게 형성된 반쪽 전지가 건조되고, 이후 최대 1600℃의 온도에서 때로는 환원 분위기 하에 소결된다.
그러나 생 소지의 소결 단계는 불리하게도 몇 가지 문제를 가져온다. 상이한 층들은 상이한 열 팽창 계수를 가지기 때문에 소결하는 동안 층들의 평면 모양이 휘는 경향을 나타내고, 이것은 상기 전지가 전지 스택에 사용될 예정인 경우 접촉 문제를 일으킨다. 변형된 전지는 사용될 수 없고 폐기되는데, 이것은 대량 생산의 비용과 재료를 매우 확장시켜 지금까지도 현재 산업 요건을 비실용적으로 만들고 있다.
EP-A-2104165에서는 대칭 층 배열을 사용하는 것을 제안했는데, 여기서는 전해질 층이 개재한 2개의 전극 층이 동일한 재료로 형성된다. 상기 배열로 인해서 외부 층들이 동일한 속도로 확장되어 접촉되기 때문에 소결 동안의 열 응력이 소지의 변형을 감소시킨다. 그러나, 이 종류의 전지는 생 상태의 애노드와 캐소드 재료가 동일한 열 팽창 계수를 가져야 하기 때문에 특정한 재료에만 매우 제한된다.
따라서, 재료 폐기를 피하고 그 과정이 더욱 비용 효과적이 될 수 있도록 고체 산화물 전지의 제조 방법을 개선하는 것이 바람직했다.
본 발명의 근간을 이루는 목적은 고체 산화물 전지가 더욱 효과적으로 제조될 수 있는, 버려지는 재료가 적고 생산 과정 동안에 생긴 결함으로 인해 사용하지 못하는 전지가 적은, 고체 산화물 전지의 제조를 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 소결 방법을 제공하며, 상기 방법은 하기 단계를 하기 순서로 포함한다:
- 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 지지체 위에 제공하는 단계;
- 지지체 위의 적어도 하나의 스페이서 위에 하중을 제공하는데, 이 하중이 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 상기 소지 위에 소지와 접촉하지 않으면서 위치되도록 제공하는 단계;
- 생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 연화 온도 또는 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하는 단계;
- 스페이서의 연화점 또는 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하여 하중이 소지와 접촉하도록 하는 단계; 및
- 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 소결하는 단계.
종속 청구항들과 이후의 발명의 상세한 설명에서 바람직한 구체예들이 제시된다.
도 1은 생 소지에 함유된 유기 성분의 분해 온도 이상이면서 스페이서의 연화 온도 또는 분해 온도 미만의 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하는 단계 이전의 본 발명의 과정을 예시한다. 생 소지(2)와 스페이서(4)가 지지체(1) 위에 제공되고, 하중(3)이 스페이서 위에 위치된다.
도 2는 소결 이후의 본 발명의 과정을 예시한다. 소결체(5)가 지지체(1)와 하중(3) 사이에 현재 개재되어 있다.
본 발명은 소결 방법을 제공하며, 상기 방법은 하기 단계를 하기 순서로 포함한다:
- 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 지지체 위에 제공하는 단계;
- 지지체 위의 적어도 하나의 스페이서 위에 하중을 제공하는데, 이 하중이 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 상기 소지 위에 소지와 접촉하지 않으면서 위치되도록 제공하는 단계;
- 생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 연화 온도 또는 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하는 단계;
- 스페이서의 연화점 또는 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하여 하중이 소지와 접촉하도록 하는 단계; 및
- 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 소결하는 단계.
유익하게 본 발명의 방법에 따르면 생 소지의 소결은 일 단계 과정에서, 즉 종래대로 진행함으로써 개선되며, 이로써 어떤 추가의 방법 단계 또는 종래의 과정에서 생 소지에 요구되는 추가의 준비 없이 채택될 수 있다.
하중은 이 하중이 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 상기 소지 위에 소지와 접촉하지 않으면서 위치되도록 지지체 위의 적어도 하나의 스페이서 위에 제공되기 때문에 생 소지는 소결 전에는 하중에 붙지 않는다. 만일 하중이 생 소지와 직접 접촉하게 되면 생 소지가 약간 점착성을 나타내므로 생 소지의 일부가 하중에 붙을 수 있고, 소결 후 하중을 제거한 후에 소지의 일부에 하중이 잔류하는 경향을 나타낸다. 이들은 제거하기 어렵고, 소지는 쉽게 깨지는 경향을 나타낸다.
바람직한 구체예에서, 하중은 생 소지와 전혀 접촉하지 않는다. 그러나, 생 소지의 작은 부분은 처음부터 하중과 접촉하게 될 수 있는데, 예를 들어 생 소지가 완전히 평탄하지 않고 돌출부 또는 융기부를 포함하거나, 또는 생 소지가 약간 휘어 있기 때문이다. 이것은 접촉 면적이 충분히 작다면 해롭지는 않다.
또한 유익하게 하중이 처음부터 생 소지와 접촉하고 있지 않기 때문에 소지는 하중의 방해 없이 가열하는 동안 자유롭게 움직일 수 있다. 소지로부터 증발되는 용매 및/또는 유기물질로 인한 생 소지의 어떤 움직임도 영향받지 않으며, 매우 균일한 소결체가 얻어진다. 더구나, 가열하는 동안 하중으로부터의 어떤 응력이나 변형력도 방지되며, 그 결과 얻어진 소결체에 균열이 적게 형성된다.
초기 설정이 도 1에 예시된다. 생 소지(2)와 적어도 하나의 스페이서(4)가 지지체(1) 위에 제공되고, 하중(3)이 스페이서 위에 놓인다. 도 1에는 2개의 스페이서(4)가 도시되지만, 물론 원한다면 단지 하나 또는 2개를 넘는 스페이서가 사용될 수 있다. 하중(3)은 초기 생 소지와 접촉하지 않는다.
바람직하게 생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 처리는 200 내지 600℃, 더 바람직하게 300 내지 500℃, 더욱더 바람직하게는 350 내지 450℃의 온도에서 수행된다.
스페이서의 연화점 또는 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 처리는 400 내지 900℃, 더 바람직하게 450 내지 850℃, 가장 바람직하게는 500 내지 800℃의 온도에서 수행되는 것이 또한 바람직하다.
소결은 바람직하게 스페이서의 연화점 또는 분해 온도 이상의 온도에서 수행된다. 일단 스페이서가 연화되거나 분해되면 하중이 실질적으로 생 소지와 접촉한다. 더 구체적으로, 하중은 생 소지의 전 면적에 걸쳐 접촉하게 될 것이며, 이로써 매우 균일한 소결체가 보장된다.
소결 온도는 생 소지의 소결을 보장할 만큼 충분히 높고, 사용된 재료에 따른다. 바람직하게 소결 온도는 950 내지 1500℃, 더 바람직하게 1000 내지 1400℃, 더욱더 바람직하게는 1100 내지 1350℃이다.
도 2는 소결 이후의 본 발명의 과정을 예시한다. 소결체(5)가 지지체(1)와 하중(3) 사이에 개재된다. 이 특정 구체예에서는 스페이서(4)가 분해되었다. 하중(3)이 전 면적에 걸쳐 소결체와 접촉하여 매우 균일한 소결체를 보장한다. 유익하게 본 발명의 방법으로 인해서 하중은 소결체에 접착되지 않고, 따라서 균열 없이 냉각 후에 쉽게 제거될 수 있다.
적어도 하나의 스페이서는 바람직하게 탄소 재료, 금속, 금속 합금, 금속 복합체, 중합체 재료 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 가장 바람직한 것은 흑연과 같은 탄소 재료, 및 중합체 재료이다. 재료의 선택은 소결하는 동안의 분위기 조건, 즉 소결이 환원 조건 하에 수행되는지 아니면 불활성 분위기 하에 수행되는지에 따르며, 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 스페이서는 막대, 코일, 벽돌 또는 스프링의 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 탄소 재료에는 블록, 벽돌 또는 막대가 바람직하다. 탄소 막대 또는 벽돌은 가열하는 동안 연소하여 완전히 증발하며, 이로써 하중은 가열하는 동안 접촉하게 된다. 만일 금속 또는 금속 합금이 사용되면 스페이서는 또한 스프링의 형태로 사용될 수 있는데, 이것은 가열하는 동안 연화하고, 이로써 하중이 그것의 중량으로 인해서 전체 면적에 걸쳐서 생 소지와 접촉하게 된다.
지지체 재료는 일반적으로 특정 재료에 제한되지 않는다. 그러나, 상승하는 온도를 견뎌야 하는 요건, 중량 및 환원 분위기와 같은 다양한 소결 조건에 대한 내성을 감안하면 세라믹 지지체가 바람직하다. 더 바람직하게 세라믹 지지체는 알루미나, 지르코니아 또는 지르코니아 코팅된 알루미나로부터 선택된다.
본 발명의 방법에서 하중은 바람직하게 평탄한 판이다. 더 바람직하게 하중은 세라믹 재료로 형성된다. 하중은 열처리를 적용하기 전에 맨 위에 세라믹 판을 놓음으로써 적용될 수 있다. 유익하게 판의 형태는 전 면적에 걸쳐 균일한 중량을 제공하며, 그 결과 평탄하고 고른 소결체가 얻어진다.
바람직한 하중 재료는 알루미나, 지르코니아 또는 지르코니아 코팅된 알루미나로부터 선택된다.
지지체와 하중은 동일한 재료로 형성되는 것이 또한 바람직하다. 이것은 동일한 열 팽창 계수를 보장하고, 재료를 가열하고 냉각하는 동안 재료들의 매우 균일한 팽창을 허용하며, 이로써 생 소지 또는 소결체에 대한 지지체 및 하중으로부터의 응력 또는 변형력이 최소화된다.
생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 열처리는 바람직하게 0.5 내지 5시간, 더 바람직하게 1 내지 3시간, 더욱더 바람직하게는 1.5 내지 2시간 동안 수행된다. 실제 시간은 사용된 재료 및 용매의 양에 따르며, 선택된 재료의 요건에 부합하도록 세심하게 조율될 수 있다.
본 발명의 방법에서 스페이서의 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 열처리는 0.5 내지 5시간, 더 바람직하게 1 내지 3시간, 더욱더 바람직하게 1.5 내지 2시간 동안 수행되는 것이 또한 바람직하다.
소결 단계는 바람직하게 0.5 내지 5시간, 더 바람직하게 1 내지 3시간, 더욱더 바람직하게는 1.5 내지 2시간 동안 수행된다.
본 발명의 방법의 다른 구체예에서, 이 방법은 지지체 위에 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 적어도 2개 층을 포함하는 소지를 제공하는 것을 포함한다. 더 바람직하게 소지는 적어도 3개 층을 포함한다. 라미네이트를 형성하는 층들은, 예를 들어 가압 적층, 분무 페인팅, 프린팅 또는 테이프 캐스팅에 의해서 서로의 위에 적용될 수 있다.
본 방법은 생 소지의 소결 단계가 필요한 어디에도 적용될 수 있다. 본 방법은 고체 산화물 전지 및 멤브레인의 제조에 가장 적합하다.
이제 본 방법은 하기 실시예들에 의해 예시될 것이다. 그러나 본 발명은 실시예의 특정 구체예에 제한되지 않는다.
실시예
실시예 1
지르코니아-코팅된 알루미나로 구성된 소결되지 않은, 즉 생 소지를 세라믹 판 위에 놓았다. 소지의 높이는 500μm였고, 24x24㎠의 정사각형 모양을 가졌다.
두께 1mm의 작은 흑연 블록을 생 소지와 접촉하지 않도록 하여 지지체 위에 놓았다. 지지체로 사용된 세라믹 판과 동일한 두 번째 세라믹 판을 흑연 블록 위에 놓았다. 이 조립체를 노에 넣고 온도를 500℃까지 100℃/h로 증가시키면서 상승시켰다. 이후 온도를 약 2시간 동안 150℃/h의 속도로 1300℃까지 상승시킨 후, 200℃/h의 속도로 실온까지 냉각시켰다.
약 400℃의 온도에서는 생 소지의 수축이 관찰되었다. 약 600℃의 온도에서 흑연 블록이 연소하기 시작했고, 두 번째 세라믹 판이 생 소지와 접촉하게 되어 전 면적에 걸쳐 생 소지를 덮게 되었다.
소결체는 완전히 평탄했으며, 어떤 불균일성이나 두께 변동을 나타내지 않았다.
비교예 1
실시예 1에서 사용한 것과 같은 재료를 사용했으며, 흑연 블록 위에 두 번째 판을 배치하지 않았다.
생 소지는 약 400℃에서 수축 거동을 나타냈다. 최종 소결체는 약 15%의 평면 방향 수축을 나타냈고 가장자리가 휘어서 두께가 고르지 못했는데, 이것은 광학 검사로 분명히 볼 수 있었다.
비교예 2
실시예 1에서 사용한 것과 같은 재료를 사용했으며, 두 번째 판을 흑연 블록을 사용하지 않고 생 소지 위에 직접 놓아서 생 소지 위에 하중을 유지했다.
최종 소결체는 소지 전체적으로 고른 두께를 나타냈지만, 소지의 일부가 하중에 붙어서 하중을 제거하는 동안 소지에 균열이 형성되었다.
비교예 3
실시예 1에서 사용한 것과 같은 재료를 사용했으며, 두 번째 판을 흑연 블록을 사용하지 않고 생 소지 위에 직접 놓아서 생 소지 위에 하중을 유지했다.
최종 소결체는 소지 전체적으로 고른 두께를 나타냈지만, 예비 소결 및 소결 단계 동안 접착 및 자유로운 움직임의 제한으로 인해 소지에 균열이 형성되었다.

Claims (16)

  1. - 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 지지체 위에 제공하는 단계;
    - 지지체 위의 적어도 하나의 스페이서 위에 하중을 제공하는데, 이 하중이 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 상기 소지 위에 소지와 접촉하지 않으면서 위치되도록 제공하는 단계;
    - 생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 연화 온도 또는 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하는 단계;
    - 스페이서의 연화점 또는 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 열처리하여 하중이 소지와 접촉하도록 하는 단계; 및
    - 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지를 소결하는 단계
    를 순서대로 포함하는 소결 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 처리는 200 내지 600℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 스페이서의 연화점 또는 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 처리는 400 내지 900℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 소결은 950 내지 1500℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 스페이서는 탄소 재료, 금속, 금속 합금, 금속 복합체, 중합체 재료 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 스페이서는 막대, 코일, 벽돌 또는 스프링의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 지지체는 세라믹 지지체인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 세라믹 지지체는 알루미나, 지르코니아 또는 지르코니아 코팅된 알루미나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 하중은 평탄한 판인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 하중은 세라믹 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 하중은 알루미나, 지르코니아 또는 지르코니아 코팅된 알루미나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 지지체와 하중이 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 생 소지에 함유된 유기 성분들의 분해 온도 이상이며 스페이서의 분해 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 열처리는 0.5 내지 5시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서의 분해 온도 이상이며 소결 온도 미만인 온도에서 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 소지의 열처리는 0.5 내지 5시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 소결 단계는 0.5 내지 5시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 지지체 위에 생 상태 또는 예비 소결된 상태의 적어도 2개 층을 포함하는 소지를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020137002928A 2010-07-07 2011-06-30 소결 방법 KR20130098295A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10007032.5 2010-07-07
EP10007032.5A EP2405514B1 (en) 2010-07-07 2010-07-07 A method for sintering
PCT/EP2011/003230 WO2012003937A1 (en) 2010-07-07 2011-06-30 A method for sintering

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130098295A true KR20130098295A (ko) 2013-09-04

Family

ID=43217023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137002928A KR20130098295A (ko) 2010-07-07 2011-06-30 소결 방법

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9156190B2 (ko)
EP (1) EP2405514B1 (ko)
JP (1) JP5850927B2 (ko)
KR (1) KR20130098295A (ko)
CN (1) CN103081193B (ko)
AU (1) AU2011276139B2 (ko)
BR (1) BR112013000442A2 (ko)
CA (1) CA2804287A1 (ko)
DK (1) DK2405514T3 (ko)
EA (1) EA023966B9 (ko)
ES (1) ES2408861T3 (ko)
WO (1) WO2012003937A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2830127A1 (en) * 2013-07-26 2015-01-28 Topsøe Fuel Cell A/S Air electrode sintering of temporarily sealed metal-supported solid oxide cells
CN104803686A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 吉世尔（合肥）能源科技有限公司 一种固体氧化物燃料电池多层陶瓷结构体的烧结方法
KR102054537B1 (ko) * 2015-08-26 2019-12-10 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지의 제조방법, 고체 산화물 연료전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
CA3107252A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 Osaka Gas Co., Ltd. Electrochemical module, method for assembling electrochemical module, electrochemical device, and energy system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4340436A (en) * 1980-07-14 1982-07-20 International Business Machines Corporation Process for flattening glass-ceramic substrates
JPS5832075A (ja) * 1981-08-18 1983-02-24 松下電器産業株式会社 セラミツク薄板の焼成方法
JPS61205673A (ja) * 1985-03-07 1986-09-11 富士電機株式会社 セラミツクス成形体の脱脂・焼成方法
US5634999A (en) 1994-09-06 1997-06-03 Ngk Insulators, Ltd. Method of producing ceramic diaphragm structure having convex diaphragm portion
US5628849A (en) * 1995-05-26 1997-05-13 International Business Machines Corporation Method for in-situ environment sensitive sealing and/or product controlling
US5755570A (en) * 1995-05-26 1998-05-26 International Business Machines Corporation Apparatus for in situ environment sensitive sealing and/or product controlling
JP2001244116A (ja) 2000-02-29 2001-09-07 Taiyo Yuden Co Ltd 電子部品及びその製造方法
WO2003005383A1 (en) 2001-07-02 2003-01-16 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Method for producing rare earth sintered magnets
NL1020985C2 (nl) 2002-07-03 2004-01-06 Stichting Energie Anodegedragen brandstofcel.
EP1671385B1 (en) * 2003-09-10 2013-01-02 BTU International, Inc. Process for solid oxide fuel cell manufacture
JP2005306672A (ja) * 2004-04-22 2005-11-04 Tdk Corp 積層セラミック基板の製造方法
JP2006327901A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Kyocera Corp セラミック焼結体の製造方法及びセラミック焼成用治具
EP2031684B1 (en) * 2007-08-31 2016-08-10 Technical University of Denmark Metal supported solid oxide fuel cell
EP2104165A1 (en) 2008-03-18 2009-09-23 The Technical University of Denmark An all ceramics solid oxide fuel cell
WO2010030300A1 (en) * 2008-09-11 2010-03-18 The Regents Of The University Of California Metal-supported, segmented-in-series high temperature electrochemical device

Also Published As

Publication number Publication date
CA2804287A1 (en) 2012-01-12
WO2012003937A1 (en) 2012-01-12
EP2405514B1 (en) 2013-05-08
EA023966B1 (ru) 2016-07-29
US9156190B2 (en) 2015-10-13
JP5850927B2 (ja) 2016-02-03
US20130106032A1 (en) 2013-05-02
CN103081193B (zh) 2016-09-28
BR112013000442A2 (pt) 2016-05-17
EP2405514A1 (en) 2012-01-11
CN103081193A (zh) 2013-05-01
JP2013531604A (ja) 2013-08-08
EA201390037A1 (ru) 2013-06-28
ES2408861T3 (es) 2013-06-21
AU2011276139A1 (en) 2013-01-24
DK2405514T3 (da) 2013-05-27
EA023966B9 (ru) 2017-09-29
AU2011276139B2 (en) 2013-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5022228B2 (ja) 波形パターンを有する電解質シート
US20050089739A1 (en) Process for solid oxide fuel cell manufacture
JP2013539589A5 (ko)
RU2017127685A (ru) Способ формирования электролита
KR20130098295A (ko) 소결 방법
Dikwal et al. The effect of temperature gradients on thermal cycling and isothermal ageing of micro-tubular solid oxide fuel cells
EP3716379B1 (en) Apparatus and method for plasticizing solid oxide fuel cell
KR100858423B1 (ko) 고체산화물 연료전지의 연료극 및 전해질 제조방법
KR100980209B1 (ko) 건식 공정을 이용한 용융탄산염 연료전지용 다공성 금속전극의 제조방법
KR101456045B1 (ko) Ｓｏｆｃ 음극용 이방성 ｃｔｅ ｌｓｍ
CN104803686A (zh) 一种固体氧化物燃料电池多层陶瓷结构体的烧结方法
JP5205700B2 (ja) セラミックス基板の焼成装置およびセラミックス基板の焼成方法
JPH0437646A (ja) ジルコニア系セラミックス膜の製造方法及びその焼成方法並びにそれによって製造されたジルコニア系導電性セラミックス及びそれを利用した固体電解質燃料電池
JP3163143B2 (ja) 熱処理用基板とその製造方法
JP2007165112A (ja) 燃料電池およびその製造方法
CN114394852B (zh) 一种晶粒尺寸呈梯度分布陶瓷材料的制备方法
JP7283979B2 (ja) セパレータ製造方法
KR101044163B1 (ko) 건식 공정을 이용한 용융탄산염 연료전지용 다공성 금속 전극의 제조방법
JP7505859B2 (ja) セラミックス成形体の脱脂方法およびセラミックス体の製造方法
KR102563609B1 (ko) 전해질 기판 제조방법 및 고체산화물 연료전지 제조방법
KR101835891B1 (ko) 고체산화물 연료전지의 열처리 방법
US20240151467A1 (en) Systems and methods for manufacturing solid oxide cells
KR101238888B1 (ko) 세터판 및 그의 제조 방법
KR101158317B1 (ko) 용융탄산염 연료전지를 위한 3성분계 합금 연료극 제조방법
JPH11135138A (ja) 高温燃料電池の絶縁構成部品の製造方法及び高温燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid