KR20140022189A - 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법 - Google Patents

고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140022189A
KR20140022189A KR1020120088429A KR20120088429A KR20140022189A KR 20140022189 A KR20140022189 A KR 20140022189A KR 1020120088429 A KR1020120088429 A KR 1020120088429A KR 20120088429 A KR20120088429 A KR 20120088429A KR 20140022189 A KR20140022189 A KR 20140022189A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
metal support
anode
electrolyte
drum
Prior art date
Application number
KR1020120088429A
Other languages
English (en)
Inventor
손창영
김진유
전중환
문지웅
이재곤
Original Assignee
주식회사 포스코
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 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020120088429A priority Critical patent/KR20140022189A/ko
Publication of KR20140022189A publication Critical patent/KR20140022189A/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
    • 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
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H01M8/1226—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material characterised by the supporting 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
    • H01M8/1286—Fuel cells applied on a support, e.g. miniature fuel cells deposited on silica supports
    • 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
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • 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

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 금속이온을 포함하는 전해액 내에 이격되어 설치되어 있는 음극 드럼 및 양극의 작용에 의해 상기 전해액의 금속 이온이 상기 음극 드럼의 일면에 전해 석출되어 상기 음극 드럼 상에 전착층이 형성되는 전착단계 및 상기 전착층을 상기 음극 드럼의 회전에 의해 박리하여 금속박을 얻는 박리단계를 포함하며, 상기 금속박은 다공성 구조인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 연료전지용 연료극 금속지지체로서, 두께가 30~200㎛인 연료전지용 연료극 금속지지체를 제공한다.
본 발명의 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법을 사용함으로써, 금속지지체의 제조 비용을 절감시키면서 대량 생산을 용이하게 할 수 있다. 또한, 금속지지체의 기공의 크기 및 분포를 용이하게 조절할 수 있으며, 금속지지체 표면의 균열을 감소시킬 수 있어 강도 및 충격특성이 우수한 고체산화물 연료전지 지지체를 얻을 수 있다.

Description

고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법{Solid oxide fuel cell anode metal support and method for manufacturing the same}
본 발명은 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지는 연료극/전해질/공기극을 기본 단위 셀로 구성되며, 단위 면적당 셀 하나에서 얻어지는 발전용량은 약 1V 정도이다. 따라서, 실제 발전 설비에 필요한 출력을 내기 위해서는 여러 개의 단위 셀을 직렬 및 병렬로 연결하고 셀과 셀 사이는 분리판 및 집전체를 삽입하여 스택(stack)을 구성한다. 그러나, 단위 셀의 면적을 크게 할수록 효율이 떨어지는 점과, 밀봉(sealing), 열충격 및 물리적 충격에 대한 파괴인성이 낮다는 점에서 연료전지의 상용화에 어려움을 겪고 있다. 특히, 세라믹지지체형 고체산화물의 경우 근본적으로 파괴인성이 낮기 때문에 충격에 매우 취약하며, 이를 해결하기 위하여 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 개발하고 있다.
상기 고체산화물 연료전지에 사용되는 연료극 금속지지체는 전기전도도가 높으며, 양극으로의 연료 주입 경로를 확보하고, 충격 특성이 우수하며, 고체전해질 소재와 열팽창 계수가 유사할 것이 요구된다. 현재 연구가 추진되는 금속지지체 제조방법으로는 레이져 드릴링 가공 방법이나 금속 분말을 소결하는 방법 등이 있는데, 레이져 드릴링 가공 방법은 금속지지체 각각에 대해 기공을 형성해야 하므로 대량 생산이 어려우며, 금속 분말을 소결하는 경우 기공의 분포를 균일하게 하기 힘들고 분말 입계에서 미세균열이 발생하여 취성파괴를 유발할 우려가 있다.
본 발명의 한 측면은 금속지지체의 기공 크기 및 분포 조절이 용이하고, 비용 절감 및 대량 생산이 가능한 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법 및 강도 및 충격 특성이 우수한 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 금속이온을 포함하는 전해액 내에 이격되어 설치되어 있는 음극 드럼 및 양극의 작용에 의해 상기 전해액의 금속 이온이 상기 음극 드럼의 일면에 전해 석출되어 상기 음극 드럼 상에 전착층이 형성되는 전착단계 및 상기 전착층을 상기 음극 드럼의 회전에 의해 박리하여 금속박을 얻는 박리단계를 포함하며, 상기 금속박은 다공성 구조인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법이 제공된다.
상기 양극은 완곡면의 형태로 제조된 것일 수 있다.
상기 음극 드럼은 스테인리스 또는 타이타늄 재질이며, 표면에 산화 피막이 형성된 것일 수 있다.
상기 음극 드럼은 표면에 홀 패턴이 형성된 것일 수 있다.
상기 홀 패턴은 음극 드럼의 표면에 음각을 형성하고, 상기 음각에 비전도성 물질이 충진된 것일 수 있다.
상기 음각은 레이저 드릴링 또는 식각공정에 의해 형성된 것일 수 있다.
상기 비전도성 물질은 에폭시 수지, 알루미나, 실리카 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
상기 음극 드럼의 표면 거칠기(Ra)는 1~100 nm일 수 있다.
상기 전해액은 물 1L당 Ni 전구체 40~50g 또는 Ni 전구체 40~50g 및 Fe 전구체 6~12g을 포함하는 것일 수 있다.
상기 Ni 전구체는 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈, 설파민산니켈 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
상기 Fe 전구체는 황산철, 염화철, 질산철, 설파민산철 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
상기 전해액은 붕산, 암모니아 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 pH 완충제 및 도데실황산나트륨, 소듐라우릴설페이트, 사카린 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 응력완화제 중 최소 어느 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 pH 완충제는 전해액 1L당 15~35g으로 포함되는 것일 수 있다.
상기 응력완화제는 전해액 1L당 0.05~4g으로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기의 방법으로 제조된 연료전지용 연료극 금속지지체로서, 두께가 30~200㎛인 연료전지용 연료극 금속지지체가 제공된다.
상기 연료전지용 연료극 금속지지체는 열팽창계수가 5~15(X10-6/K)일 수 있다.
상기 연료전지용 연료극 금속지지체는 평균직경이 5~50㎛인 기공을 가질 수 있다.
상기 연료전지용 연료극 금속지지체는 개구율이 10~90%일 수 있다.
본 발명의 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법을 사용함으로써, 금속지지체의 제조 비용을 절감시키면서 대량 생산을 용이하게 할 수 있다. 또한, 금속지지체의 기공의 크기 및 분포를 용이하게 조절할 수 있으며, 금속지지체 표면의 균열을 감소시킬 수 있어 강도 및 충격특성이 우수한 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 고체산화물 연료전지 금속지지체를 제조하는 전기주조장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 고체산화물 연료전지 금속지지체 표면을 찍은 SEM사진(80배율)을 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 고체산화물 연료전지 금속지지체 표면을 찍은 SEM사진(1,500배율)을 도시한 것이다.
본 발명은 고체산화물 연료전지 금속지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 고체산화물 연료전지 금속지지체 제조방법을 사용하는 경우, 기공의 크기 및 분포를 용이하게 조절할 수 있으며, 금속지지체의 강도 및 충격특성을 향상시킬 수 있어 소재의 파괴로 인한 불량을 저감시키면서, 대량 생산을 보다 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 고체산화물 연료전지 금속지지체를 제조하는 전기주조장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 이를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 금속이온을 포함하는 전해액(106) 내에 이격되어 설치되어 있는 음극 드럼(103) 및 양극(104)의 작용에 의해 상기 전해액(106)의 금속 이온이 상기 음극 드럼(103)의 일면에 전해 석출되어 상기 음극 드럼(103) 상에 전착층이 형성되는 전착단계 및 상기 전착층을 상기 음극 드럼(103)으로부터 박리하여 금속박(101)을 얻는 박리단계를 포함하며, 상기 금속박은 다공성 구조인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법이 제공된다.
도 1의 전기주조장치를 들어 금속박 제조과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 음극 드럼(103) 및 양극(104)을 포함하는 전해액 저장조(102)에 금속이온을 포함하는 전해액(106)이 공급되어 상기 음극 드럼(103) 및 양극(104)이 전해액(106)에 침지된다. 상기 음극 드럼(103) 및 양극(104)은 전류공급장치(51)로부터 전류를 공급받아, 음극 드럼(103) 및 양극(104)의 작용으로 음극 드럼(103) 표면 일부에 전착층이 형성된다. 상기 전착층이 형성된 음극 드럼(103)이 회전하면서, 전착층이 분리되어 금속박(101)을 얻을 수 있다.
전주(electroforming)법이란 박리피막을 부여한 모형상에 금속을 전착시킨 후 그 전착금속을 분리하여 모형 표면과 반대의 요철의 제품을 얻거나, 또는 그 전착 금속표면에 다시 분리피막처리를 하여 금속을 전착시켜서 분리함으로써 최초의 모형과 같은 요철을 갖는 제품을 얻는 방법이다.
전주에 의해 금속박을 형성함에 있어서, 상기 금속박 형성을 위해 사용할 수 있는 음극 드럼(103)으로는 전도성을 갖는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 스테인리스, 타이타늄 등을 적용할 수 있다. 이와 같은 음극 드럼(103)은 그 표면에 산화 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명은 금속박(101)을 얻고자 하는 것으로서, 음극 드럼(103) 상에 전착에 의해 형성되는 금속박(101)이 음극 드럼(103)과 견고한 결합을 갖는 경우, 그 금속박을 음극 드럼(103)으로부터 분리하는 것이 용이하지 않으므로, 음극 드럼(103) 상에는 산화 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 음극 드럼(103) 상의 산화 피막에 의해, 음극 드럼(103) 상에 금속박이 전착되더라도 음극 드럼(103) 표면에 대한 부착력이 약하기 때문에 음극 드럼(103)으로부터 금속박을 용이하게 박리시킬 수 있다.
상기 음극 드럼(103)은 표면에 홀 패턴이 형성된 것일 수 있으며, 상기 홀 패턴을 부여하기 위해 음극 드럼(103)의 표면을 가공할 수 있다. 음극 드럼(103)의 표면에 홀 패턴을 부여하는 경우, 전착에 의해 얻어지는 금속박(101)은 음극 드럼(103)에 형성된 홀 패턴이 그대로 전사되어, 얻어지는 금속박(101)에 일정한 기공을 부여할 수 있다.
상기 음극 드럼(103)에 형성되는 홀 패턴은 음극 드럼(103)의 표면에 음각을 형성하고, 상기 음각에 비전도성 물질이 충전된 것일 수 있다. 상기 음각을 형성하는 수단에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 본 기술분야에서 알려져 있는 적절한 가공수단을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 음각은 레이저 드릴링 또는 식각공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 비전도성 물질은 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 알려져 있는 전기전도도가 낮은 물질을 사용할 수 있는데, 예를 들어 에폭시계 고분자 수지, 알루미나 또는 실리카와 같은 산화물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 통상의 기술자가 용이하게 사용할 수 있는 기타 절연성 고분자 물질이라면 본 발명에 사용될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 가공되어 홀 패턴이 형성된 음극 드럼(103) 및 양극(104)에 전류를 인가하여 전기주조하는 경우, 형성된 홀 패턴에는 전착층이 형성되지 않아, 홀 패턴이 전사되어 기공을 형성함으로써 다공성 구조의 금속박(101)을 얻을 수 있다. 본 발명의 제조방법으로 연료극 금속지지체를 제조하는 경우, 생성된 연료극 금속지지체에 별도로 기공을 형성하는 공정을 수행할 필요가 없어 대량 생산이 용이하며, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
상기 음극 드럼(103)의 표면 거칠기(Ra)는 1~100 nm일 수 있다. 상기 음극 드럼(103)의 표면 거칠기(Ra)는 특별히 제한하지 않으나, 본 기술분야의 통상의 기술자가 사용하는 표면 가공 방법에 의해 얻을 수 있다. 상기 표면 거칠기(Ra)를 가질 때, 전착층이 형성된 후 박리과정에서 금속박의 손상을 최소화할 수 있다.
상기 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법은 상기 전해액 저장조(106)에 전해액(106)을 추가로 공급하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 전기주조에 의해 상기 음극 드럼(103)의 표면에 전착층이 형성되면서 전해액이 소모된다. 따라서, 상기 음극 드럼(103) 및 양극(104)이 전해액 저장조(102) 내에서 전해액(106)내에 침지된 상태를 유지하도록, 전해액 저장조(102)에 전해액(106)이 추가로 공급되는 것이 바람직하다. 상기 전해액 저장조(102)에 전해액 공급수단이 추가로 구비됨으로써 전해액이 공급될 수 있으며, 상기 전해액 공급수단은 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자가 자명하게 사용할 수 있는 것으로 특별히 제한하지 않는다.
상기 전해액(106)은 물 1L당 Ni 전구체 40~50g 또는 Ni 전구체 40~50g 및 Fe 전구체 6~12g을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 전해액(106)은 Ni 전구체와 Fe 전구체를 함께 포함하는 것이 보다 바람직하다. Ni은 전기전도도가 우수하며, Fe는 우수한 강도 또는 경도를 확보하고 있음과 동시에 유연하기 때문에, 물리적 충격에 의한 균열 혹은 파단이 잘 발생하지 않아, 방열성 및 내구성 확보 측면에서 유리하다. 또한 제조 비용이 저렴하고, 대량생산이 가능하며, 보관 및 기판의 크기 제어가 용이하다는 장점이 있다.
상기 전해액(106)에 포함되는 Ni 또는 Fe 전구체는 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 알려져 있는 적절한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 Ni 전구체는 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈, 설파민산니켈 및 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 상기 Fe 전구체는 황산철, 염화철, 질산철, 설파민산철 및 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 전해액(106)은 붕산, 암모니아 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 pH 완충제를 더 포함할 수 있다. 그러나, 상기 pH 완충제는 이에 제한되지 않으며, 본 기술분야에서 알려져 있는 것을 적절하게 사용할 수 있다. 상기 pH 완충제는 전해액(106)의 pH를 1.5~3.5로 조절함으로써 전기주조시 Fe 이온과 Ni 이온이 음극에 효과적으로 전착될 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해 상기 pH 완충제는 전해액 1L당 15~35g 포함되는 것이 바람직하다.
상기 전해액(106)은 또한, 도데실황산나트륨 및 소듐라우릴설페이트와 같은 계면활성제, 사카린 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 응력완화제를 더 포함할 수 있다. 상기 응력완화제는 이에 제한되지 않으며, 본 기술분야에서 알려져 있는 것을 적절하게 사용할 수 있다. 상기 응력완화제는 금속박의 응력을 저감시킴으로써 음극 드럼(103)의 표면으로부터 금속박이 용이하게 탈착되도록 한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해 상기 응력완화제는 전해액 1L당 0.05~4g 포함되는 것이 바람직하다.
상기 전해액(106)은 상기 pH 완충제 및 응력완충제 중 최소 어느 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 전해액(106)의 온도는 50~60℃로 관리하는 것이 바람직하다.
상기 표면에 홀 패턴이 형성된 음극 드럼(103) 및 양극(104)은 전해액 저장조(102)에 위치하며, 전해액(106)에 침지되어 있다. 전류 공급 장치(105)에 의해 상기 음극 드럼(103) 및 양극(104)에 전류가 인가되면, 음극 드럼(103)과 양극(104)에 의한 전해 석출에 의해 금속 이온이 음극 드럼(103)의 표면에 석출되어 전착층을 형성한다. 상기 음극 드럼(103)은 전류가 인가되면 회전하여, 상기 양극(104)과 작용하여 전착층이 형성되는 음극 드럼(103)의 표면 부분이 계속 변동하게 된다. 따라서, 음극 드럼(103)의 표면에 균일하게 전착층이 형성된다.
상기 금속박의 생산 속도는 특별히 한정하지 않으며, 상기 음극 드럼의 직경에 따라 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 생산 속도로 생산될 수 있다. 예를 들어, 드럼의 회전에 의해 생산되는 금속박의 생산 속도는 1-15 mph의 속도로 제어될 수 있다.
상기 양극(104)의 형태는 특별히 한정하지 않으나, 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 실시하는 형태로 제조될 수 있으며, 예를 들어 완곡면의 형태로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 양극(104)은, 양극(104)의 표면과 전착층이 형성되는 음극 드럼(103)의 표면이 항상 동일한 거리로 이격될 수 있도록 완곡면으로 제조되어 전착층이 고르게 형성될 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 완곡면의 곡률은 특히 한정되지 않으며, 음극 드럼의 형태에 따라 적절한 범위로 정해질 수 있다.
상기 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법은 상기 전착층을 음극 드럼(103)으로부터 박리하여 금속박(101)을 얻는 단계를 포함한다. 음극 드럼(103)으로부터 전착층을 분리하는 데에는 음극 드럼(103)과 전착층과의 전단응력의 차이를 이용하여 분리할 수 있다. 음극 드럼(103) 상에 전착되어 형성된 전착층은 산화 피막을 가지는 음극 드럼(103)의 표면에 대하여 표면 장력으로 결합되어 있기 때문에, 이에 의해 용이하게 분리할 수 있다. 상기 금속박(101)이 최초로 분리된 후, 상기 음극 드럼(103)의 회전에 의해 음극 드럼(103)의 표면에서 금속박(101)이 연속적으로 분리된다.
상기 음극 드럼(103)으로부터 분리된 금속박 (101)에는 전착과정에서의 전해액(106)이나 기타 불순물이 존재할 수 있는바, 이를 세척하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 또한, 얻어진 금속박(101)은 권취하여 얻을 수 있는데, 권취량에 따라 적절히 절단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기의 방법으로 제조된 연료전지용 연료극 금속지지체로서, 두께가 30~200㎛인 연료전지용 연료극 금속지지체가 제공된다.
상기 연료극 금속지지체는 두께가 30~200㎛인 것이 바람직한데, 30㎛미만인 경우 금속지지체가 충분한 구조적 안정성을 확보할 수 없고, 공정상 핸들링이 어려울 수 있으며, 스택 구성에 있어서 공차의 발생을 흡수하기 어려운 점이 있다. 200㎛를 초과하는 경우에는 압연 후 가공하여 금속지지체를 제조하는 기술에 대비하였을 때 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
상기 연료극 금속지지체는 Ni 또는 Fe-Ni합금 조성으로서, 상기 Fe-Ni합금 조성인 경우에는 Ni 함량이 40~90중량%인 것이 바람직하다. 상기 Ni함량의 제어를 통해 열팽창 계수를 최적화시킬 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나 열팽창계수는 5~15(X10-6/K)인 것이 바람직하다. 금속지지체는 셀 구성요소들의 열팽창 계수와 유사한 수준으로 제어되어야 하는데, 이는 온도의 상승 혹은 저하에 따라, 금속지지체 혹은 그 위에 적층되는 물질들에 가해지는 응력의 차이에 따라, 상기 금속지지체나 다른 물질들의 균열 혹은 파단이 발생할 수 있기 때문이다. Ni 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우, 열팽창계수의 차이가 커지게 되어, 열응력 발생으로 인한 셀 전극의 특성 저하가 발생할 수 있다.
상기 금속지지체는 평균직경이 5~50㎛인 기공을 가질 수 있는데, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 양극 및 전해질을 금속지지체 상에 올리는 과정에서 무너져내려 셀을 제조하는데 어려움이 있다. 집전체와 접촉되는 하층부는 50㎛ 이상도 가능하다. 또한, 기공의 크기 및 분포는 균일하게 제어되어야 하는데, 그렇지 못할 경우 발전효율이 떨어지며 안정적인 전력 확보가 어렵다.
상기 금속지지체는 개구율이 10~90%가 되도록 형성함이 바람직하다. 개구율이 10% 미만인 경우, 연료전지에 요구되는 발전 효율을 얻을 수 없으며, 90%를 초과하는 경우 금속지지체의 강도가 떨어지는 문제가 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
물 1L당 염화니켈 50g, 염화철 12g, 붕산 20g 및 사카린 0.4g을 첨가하여 본 발명의 전해액을 제조하였다. 상기 전해액의 온도는 55℃이며, pH는 2.0으로 관리되었다.
음극 드럼으로는 스테인리스 재질이며, 직경 30㎝, 길이 50㎝인 것을 사용하였으며, 상기 음극 드럼의 표면에 레이져드릴링을 이용하여 홈을 만들고, 그 속을 비전도성물질인 에폭시로 음각충진하여 홀 패턴을 형성하였다. 상기 형성된 홀 패턴은 기공의 평균직경이 30㎛였으며, 기공의 분포밀도는 1%였다.
도 1의 전기주조장치의 전해액 저장조에 전해액을 투입하여, 음극 드럼의 일부 및 양극을 침지시키고, 상기 음극 드럼 및 양극에 전류를 인가하였다. 전류밀도 5 A/d㎡로 전해반응을 행하여 상기 음극 드럼의 표면에 Fe-Ni 전착층을 형성하였다. 상기 형성된 Fe-Ni 전착층을 분리하여 두께 50㎛의 Fe-Ni 금속박을 얻었다.
상기 제조된 금속박 표면을 80배율, 1500배율로 SEM 사진을 촬영하여 각각 도 2 및 도 3에 나타내었다.
기공의 균일한 크기 및 분포의 조절과 관련하여 상기 도 2 및 도 3으로부터, 본 발명을 사용하여 제조한 금속지지체는 균일하고 고른 기공을 가짐을 육안으로 확인할 수 있다.
이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고체산화물 연료전지 금속지지체 제조방법을 사용하여, 균일한 크기 및 분포의 기공을 가지며, 강도 및 충격특성이 우수한 금속지지체를 제조할 수 있다.
101: 금속박
102: 전해액 저장조
103: 음극 드럼
104: 양극
105: 전류 공급 장치
106: 전해액

Claims (18)

  1. 금속이온을 포함하는 전해액 내에 이격되어 설치되어 있는 음극 드럼 및 양극의 작용에 의해 상기 전해액의 금속 이온이 상기 음극 드럼의 일면에 전해 석출되어 상기 음극 드럼 상에 전착층이 형성되는 전착단계 및
    상기 전착층을 상기 음극 드럼의 회전에 의해 박리하여 금속박을 얻는 박리단계를 포함하며, 상기 금속박은 다공성 구조인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 양극은 완곡면의 형태로 제조된 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 음극 드럼은 스테인리스 또는 타이타늄 재질이며, 표면에 산화 피막이 형성된 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 음극 드럼은 표면에 홀 패턴이 형성된 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 홀 패턴은 음극 드럼의 표면에 음각을 형성하고, 상기 음각에 비전도성 물질이 충진된 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 음각은 레이저 드릴링 또는 식각공정에 의해 형성된 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 비전도성 물질은 에폭시 수지, 알루미나, 실리카 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 음극 드럼의 표면 거칠기(Ra)는 1~100 nm인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 전해액은 물 1L당 Ni 전구체 40~50g 또는 Ni 전구체 40~50g 및 Fe 전구체 6~12g을 포함하는 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 Ni 전구체는 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈, 설파민산니켈 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 Fe 전구체는 황산철, 염화철, 질산철, 설파민산철 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 전해액은 붕산, 암모니아 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 pH 완충제 및 도데실황산나트륨, 소듐라우릴설페이트, 사카린 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 응력완화제 중 최소 어느 하나를 더 포함하는 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  13. 제9 항에 있어서, 상기 pH 완충제는 전해액 1L당 15~35g으로 포함되는 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  14. 제9 항에 있어서, 상기 응력완화제는 전해액 1L당 0.05~4g으로 포함되는 것인 연료전지용 연료극 금속지지체 제조방법.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 하나의 방법으로 제조된 연료전지용 연료극 금속지지체로서, 두께가 30~200㎛인 연료전지용 연료극 금속지지체.
  16. 제15 항에 있어서, 열팽창계수가 5~15(X10-6/K)인 연료전지용 연료극 금속지지체.
  17. 제15 항에 있어서, 평균직경이 5~50㎛인 기공을 갖는 연료전지용 연료극 금속지지체.
  18. 제15 항에 있어서, 개구율이 10~90%인 연료전지용 연료극 금속지지체.
KR1020120088429A 2012-08-13 2012-08-13 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법 KR20140022189A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120088429A KR20140022189A (ko) 2012-08-13 2012-08-13 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120088429A KR20140022189A (ko) 2012-08-13 2012-08-13 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140022189A true KR20140022189A (ko) 2014-02-24

Family

ID=50268236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120088429A KR20140022189A (ko) 2012-08-13 2012-08-13 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140022189A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200038391A (ko) * 2018-10-02 2020-04-13 주식회사 성원프로덕트 계단의 논슬립판 제조방법
WO2021153647A1 (ja) * 2020-01-31 2021-08-05 日本電解株式会社 金属箔、その製造方法、およびそれに用いる電着ドラムの加工方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200038391A (ko) * 2018-10-02 2020-04-13 주식회사 성원프로덕트 계단의 논슬립판 제조방법
WO2021153647A1 (ja) * 2020-01-31 2021-08-05 日本電解株式会社 金属箔、その製造方法、およびそれに用いる電着ドラムの加工方法
CN115038816A (zh) * 2020-01-31 2022-09-09 日本电解株式会社 金属箔、金属箔的制造方法及用于其的电沉积滚筒的加工方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110592621B (zh) 采用高频脉冲制备纳米孪晶铜层的方法
CN108649183B (zh) 一种锂离子电池负极集流体用微孔铜箔的制备方法
TW575692B (en) Method for electroplating a strip of foam
CN108615893A (zh) 一种有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长的集流体、其制备方法及用途
KR20140022189A (ko) 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법
CN108774737B (zh) 一种泡沫金属基铅合金复合阳极材料的制备方法
CN102534652B (zh) 一种钛基掺锡二氧化铅电极的制备方法
KR101374690B1 (ko) Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재
CN112599784B (zh) 多孔铝合金集流体及制法、多孔铝合金复合钠负极及制法
JP2004522856A (ja) 電気導体、太陽集熱器、電気化学セルの製造方法およびこのような方法で製造した導体の使用
CN109728254A (zh) 一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备技术
CN107999908A (zh) 一种微坑阵列的制作方法
CN105132980B (zh) 一种铅银合金阳极表面复合陶瓷膜层成膜方法
CN107541758A (zh) 一种在碳基材料表面电沉积铁镍合金镀层的方法
KR101595757B1 (ko) 실리콘 기판의 표면 박리 방법
CN100529196C (zh) 用于组装纳米-微米阵列材料的金属铝模板制备方法
CN102864465A (zh) 一种高活性Ti/Pr2O3-PbO2修饰电极的制备方法
CN108574083A (zh) 一种有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长的锂片、其制备方法及用途
KR20140020065A (ko) 고체산화물 연료전지용 연료극 금속지지체 및 그 제조방법
Liu et al. Facile dynamic current deposition of high tensile gradient Cu foil with (110) preferred orientation
TW202231940A (zh) 三維分級分層多孔銅及其製備方法
CN110085429B (zh) 一种铝电解电容器用中高压阳极铝箔脉冲沉积纳米锡点的方法
KR20140031746A (ko) 전기주조용 모판, 그 제조방법 및 이를 이용한 금속지지체 제조방법
CN108998824B (zh) 一种微孔电池铜箔的电化学热腐蚀制备方法及其微孔铜箔
KR101328303B1 (ko) 전기주조용 모판, 그 제조방법 및 이를 이용한 금속지지체 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application