KR20140096702A - Manufacturing method for thin film type solid oxide fuel cell stack using nano powder - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a thin film solid oxide fuel cell stack using nanopowder. The manufacturing method of a thin film solid oxide fuel cell stack using nanopowder of the present invention comprises a step of forming an anode material layer by letting electrode/electrolyte materials rise along the inner wall of pores of a porous support by a capillary force so as to increase the electrochemical reaction area; a step of forming an electrolyte layer on the anode material layer; and a step of forming a cathode electrode layer on the electrolyte layer. According to the present invention, the manufacturing method has an effect of improving the efficiency of a fuel cell according to the increase of three phase boundary (TPB) among electrode/electrolyte materials and the porous support, by letting the electrode/electrolyte materials rise along the inner wall of pores of the porous support by a capillary force when forming an anode (fuel electrode) or a cathode (air electrode).

Description

나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법 {MANUFACTURING METHOD FOR THIN FILM TYPE SOLID OXIDE FUEL CELL STACK USING NANO POWDER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a stack of thin film type solid oxide fuel cells using nano powder,

본 발명은 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 산화물 연료전지의 반응 속도를 향상시키기 위한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a stack of a thin film solid oxide fuel cell using nano powder, and more particularly, to a method of manufacturing a stack of a thin film type solid oxide fuel cell using nano powder for improving a reaction rate of the solid oxide fuel cell will be.

고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체 산화물을 전해질로 사용하여 연료 전지 중 가장 높은 온도(700∼1000 ℃)에서 작동한다.Solid Oxide Fuel Cells operate at the highest temperature (700-1000 ° C) of fuel cells using solid oxide with oxygen or hydrogen ion conductivity as the electrolyte.

특히, 고체 산화물 연료전지는 모든 구성 요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료 전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. In particular, the solid oxide fuel cell has a simple structure compared to other fuel cells because all the components are solid, there is no problem of electrolyte loss and replenishment and corrosion, and there is no need of a noble metal catalyst, This is easy. In addition, it has an advantage that it can generate thermal hybrid power using waste heat because it discharges gas at a high temperature.

일반적인 고체 산화물 연료전지는 산소 이온전도성의 치밀한 전해질층과 그 양면에 위치한 다공성의 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 이루어져 있다. 작동원리는 다공성의 공기극에서는 산소가 투과하여 전해질 면에 이르고 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 치밀한 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 다시 다공성의 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다.A typical solid oxide fuel cell consists of a dense electrolyte layer with oxygen ion conductivity and a porous cathode and anode located on both sides of the dense electrolyte layer. In the porous cathode, oxygen permeates to the electrolyte surface, and the oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen move to the anode through the dense electrolyte and react with the hydrogen supplied to the porous anode to generate water At this time, electrons are generated in the fuel electrode and electrons are consumed in the air electrode, so that electricity flows when the two electrodes are connected to each other.

이러한 고체 산화물 연료전지와 관련된 기술이 특허등록 제0717130호와, 공개특허 제2012-0075242호에 제안된 바 있다.A technology related to such a solid oxide fuel cell has been proposed in Patent Registration No. 0717130 and Published Patent Application No. 2012-0075242.

이하에서 종래기술로서 특허등록 제0717130호와, 공개특허 제2012-0075242호에 개시된 고체 산화물 연료전지를 간략히 설명한다.Hereinafter, the solid oxide fuel cell disclosed in Patent No. 0717130 and No. 2012-0075242 as a prior art will be briefly described.

도 1에는 종래기술 1에 의한 연료극 지지형 고체산화물 연료전지의 단전지 단면을 보인 사진이 기재되어 있다. 도 1을 참조하면, 단전지는 다공성 연료극지지체, 연료극 기능성층, 해질층, 복합공기극층으로 구성을 가지며, 복합공기극층은 다시 공기극 기능성층과 공기극 그리고 집전층으로 구성된다. FIG. 1 shows a photograph showing a cross section of a single cell of a fuel electrode supporting solid oxide fuel cell according to Prior Art 1. FIG. Referring to FIG. 1, the unit cell comprises a porous anode support, an anode functional layer, a deasphalted layer, and a composite cathode layer. The composite cathode layer is composed of a cathode functional layer, an air electrode, and a current collector layer.

그러나 종래기술 1에 의한 단전지는 다공성 연료극지지체 그리고 연료극 기능성층 및 복합공기극층과의 계면 즉, 반응 면적이 한정되어 고체 산화물 연료전지의 효율 역시 한정되는 문제점이 있었다.However, the single cell according to the prior art 1 has a problem that the interface of the porous anode support, the anode functional layer and the composite cathode layer, that is, the reaction area is limited, and the efficiency of the solid oxide fuel cell is also limited.

도 2에는 종래기술 2에 의한 금속 지지체형 고체 산화물 연료전지의 일 예가 단면도로 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 종래 기술 2의 금속 지지체형 금속 산화물 연료전지는 금속 지지체(101); 상기 금속 지지체(101)의 일면에 형성된 제1 전극(103); 상기 제1 전극(103)의 일면에 형성되는 전해질(107) 및 상기 전해질(107)의 일면에 형성되는 제2 전극(109)이 적층된 적층체에 형성되어, 연료 또는 공기의 공급 및 배출을 위한 매니폴드(110)를 포함하고, 상기 제1 전극(103) 및 제2 전극(109)은 공기극 또는 연료극의 서로 다른 전극으로 구성된다.FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a solid oxide fuel cell of the metal support type according to the prior art 2. As shown in FIG. Referring to FIG. 2, the metal-supported metal oxide fuel cell of Prior Art 2 includes a metal support 101; A first electrode 103 formed on one surface of the metal support 101; An electrolyte 107 formed on one surface of the first electrode 103 and a second electrode 109 formed on one surface of the electrolyte 107 are stacked to form a laminate in which fuel and air are supplied and discharged. And the first electrode 103 and the second electrode 109 are composed of different electrodes of an air electrode or a fuel electrode.

그러나 종래기술 2에 의한 고체 산화물 연료전지 역시 전해질(107) 그리고 제1 전극(103) 및 제2 전극(109)과의 계면 즉, 반응 면적이 한정되어 고체 산화물 연료전지의 효율 역시 한정되는 문제점이 있었다.However, the solid oxide fuel cell according to the prior art 2 also has a problem that the interface between the electrolyte 107 and the first electrode 103 and the second electrode 109, that is, the reaction area is limited, and the efficiency of the solid oxide fuel cell is also limited there was.

결국, 종래기술 1 및 2에서 고체 산화물 연료전지의 전해질-전극 계면은 다공성 전극과 치밀한 전해질의 조합으로 삼상 계면이 제한되는 공통된 문제점이 발생하게 되는 것이다.As a result, in the prior arts 1 and 2, the electrolyte-electrode interface of the solid oxide fuel cell has a common problem that the three-phase interface is limited by the combination of the porous electrode and the dense electrolyte.

KR 0717130 B1KR 0717130 B1 KR 2012-0075242 AKR 2012-0075242 A

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 애노드(연료극) 또는 캐소드(공기극) 형성시 전극/전해질 물질이 모세관력(Capillary force)에 의해 다공성 지지체의 기공 내벽면을 타고 올라가게 하여 다공성 지지체와의 삼상 계면(Three Phase Boundary: TPB) 증가에 따른 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있게 한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a fuel cell in which the electrode / electrolyte material forms a porous inner wall surface of a porous support by a capillary force Type solid oxide fuel cell using a nano powder capable of enhancing the efficiency of a fuel cell according to an increase in three phase boundary (TPB) with a porous support.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 애노드 전극층을 형성하는 단계; 상기 애노드 전극층 상에 전해질층을 형성하는 단계; 및 상기 전해질층 상에 캐소드 전극층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 애노드 전극층 형성 단계와 상기 캐소드 전극층 형성 단계 중 적어도 하나의 단계는 전기화학반응 면적을 향상시킬 수 있도록 모세관력(Capillary force)에 의해 전극/전해질 물질이 다공성 지지체의 기공 내벽면을 타고 올라가게 하여 형성되는 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법을 통해 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an organic electroluminescent device including: forming an anode electrode layer; Forming an electrolyte layer on the anode electrode layer; And forming a cathode electrode layer on the electrolyte layer, wherein at least one of the anode electrode layer forming step and the cathode electrode layer forming step is performed by a capillary force so as to improve an electrochemical reaction area, Type solid oxide fuel cell using a nano-powder formed by allowing an electrode / electrolyte material to ride on a porous inner wall surface of a porous support.

또한, 본 발명에서 상기 모세관력을 사용하여 제조되는 상기 애노드 전극층과 상기 캐소드 전극층 중 적어도 하나는 전극층은 삼상 계면(Three Phase Boundary: TPB)을 증가시킬 수 있다.Also, in the present invention, at least one of the anode electrode layer and the cathode electrode layer manufactured using the capillary force may increase the three phase boundary (TPB) of the electrode layer.

또한, 본 발명에서의 상기 모세관력을 사용할 전극/전해질 물질은 나노 파우더(nano powder)일 수 있다.In addition, the electrode / electrolyte material used for the capillary force in the present invention may be nano powder.

또한, 본 발명에서의 상기 나노 파우더의 전극은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 루테늄(Ru), 코발트(Co) 중 어느 하나이고, 상기 전해질은 GDC(gadolinium doped ceria), YSZ(yittria stabilized zirconia), SDC(samarium doped ceria) 중 어느 하나일 수 있다.The electrode of the nano powder in the present invention may be any one of nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), ruthenium (Ru), and cobalt , The electrolyte may be any one of gadolinium doped ceria (GDC), yttria stabilized zirconia (YSZ), and samarium doped ceria (SDC).

또한, 본 발명에서의 상기 전해질층 형성 단계는 ALD(Atomic Layer Deposition), 스퍼터(Sputter), CVD(Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법으로 실시할 수 있다.In addition, the electrolyte layer forming step in the present invention can be performed by any one of ALD (Atomic Layer Deposition), sputtering, and CVD (Chemical Vapor Deposition).

본 발명에 의하면, 애노드(연료극) 또는 캐소드(공기극) 형성시 전극/전해질 물질이 모세관력(Capillary force)에 의해 다공성 지지체의 기공 내벽면을 타고 올라가게 하여 다공성 지지체와의 삼상 계면(Three Phase Boundary: TPB) 증가에 따른 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, when the anode (anode) or the cathode (cathode) is formed, the electrode / electrolyte material rises on the inner wall surface of the pores of the porous support by a capillary force to form a three phase boundary : TPB), the efficiency of the fuel cell can be improved.

도 1은 종래기술 1에 대한 연료극 지지형 고체산화물 연료전지의 단전지 단면을 보인 사진이다.
도 2는 종래기술 2에 대한 금속 지지체형 고체 산화물 연료전지의 일 예가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법의 공정도이다.
1 is a photograph showing a cross section of a single cell of an anode-supported solid oxide fuel cell according to Prior Art 1. [Fig.
2 is a cross-sectional view showing an example of a metal-supported solid oxide fuel cell according to Prior Art 2. In Fig.
3 is a block diagram of a method of manufacturing a stack of a thin film solid oxide fuel cell using nano powder according to the present invention.
4 is a process diagram of a method of manufacturing a stack of a thin film solid oxide fuel cell using the nano powder according to the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims are intended to mean that the inventive concept of the present invention is in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain its invention in the best way Should be interpreted as a concept.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"라는 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term " part "in the description means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법에 대한 실시 예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the structure of a method of manufacturing a stack of a thin film type solid oxide fuel cell using nano powder according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 4에는 본 발명에 의한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법이 블록도로 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 의한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법의 공정도가 도시되어 있다.FIG. 4 is a block diagram illustrating a method of manufacturing a stack of a thin film type solid oxide fuel cell using the nano powder according to the present invention, and FIG. 5 is a process diagram of a method of manufacturing a stack of a thin film type solid oxide fuel cell using the nano powder according to the present invention Respectively.

이들 도면에 의하면, 본 발명의 일실시예에 의한 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법은 다공성 지지체 준비 단계(S100), 애노드 전극층 형성 단계(S110), 역전 단계(S120), 전해질층 형성 단계(S130) 및 캐소드 전극층 형성 단계(S140)를 포함한다.According to the drawings, a method of manufacturing a stack of a thin film type solid oxide fuel cell using nano powder according to an embodiment of the present invention includes preparing a porous support (S100), forming an anode electrode layer (S110), reversing a step (S120) A layer forming step S130 and a cathode electrode layer forming step S140.

다공성 지지체 준비 단계(S100)는 나노 기공을 가진 다공성 지지체(202)인 AAO(Anodized Aluminum Oxide) 기판을 예시로 하여 준비하는 단계이다. 이는 고체산화물연료전지(solid oxide fuel cell)의 동작온도 저온화를 구현하고자 할 때 전해질 구조가 얇아야 하므로 전해질층을 지지하기 위한 다공성 지지체(202)를 준비하는 단계이다. [도 3(a) 참조]The porous support preparation step S100 is a step of preparing an AAO (Anodized Aluminum Oxide) substrate, which is a porous support 202 having nanopores. This is a step of preparing the porous support 202 for supporting the electrolyte layer since the electrolyte structure should be thin when the operation temperature of the solid oxide fuel cell is lowered. (See Fig. 3 (a)).

여기서, 다공성 지지체(202)는 약 500℃까지 견딜 수 있는 물질로 제조되며, 기체가 충분히 통과할 수 있는 정도의 기공도(porosity)를 가진다. Here, the porous support 202 is made of a material capable of withstanding up to about 500 DEG C, and has porosity enough to allow gas to pass therethrough.

애노드 전극층 형성 단계(S110)는 모세관력(Capillary force)에 의해 애노드 물질이 다공성 지지체(202)의 기공(pore) 내벽면을 타고 올라가게 한 후 스퍼터(Sputter) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 공정을 통해 애노드 전극층(210)인 애노드 물질층을 형성하는 단계이다. [도 3(b) 참조]In the anode electrode layer forming step S110, an anode material rises on the inner surface of the pores of the porous support 202 by a capillary force, and then sputtering or ALD (Atomic Layer Deposition) Thereby forming an anode material layer which is an anode electrode layer 210. [ (See Fig. 3 (b)).

여기서, 애노드 물질은 10㎚ 이하의 전극용 나노 파우더(nano powder)로, 상기 나노 파우더의 전극은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 루테늄(Ru), 코발트(Co) 중 어느 하나이고, 전해질은 GDC(gadolinium doped ceria), YSZ(yittria stabilized zirconia), SDC(samarium doped ceria) 중 어느 하나가 적용된다.The anode material is a nano powder for an electrode of 10 nm or less and the electrode of the nano powder is selected from the group consisting of nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au) Ruthenium (Ru) or cobalt (Co), and the electrolyte is one of GDC (gadolinium doped ceria), YSZ (yittria stabilized zirconia) and SDC (samarium doped ceria).

즉, 상기 애노드 전극층 형성 단계(S110)는 애노드 전극층(210)의 형성시 나노 파우더를 모세관력에 의해 다공성 지지체(202)의 기공 내벽면을 타고 올라가게 하여 상기 다공성 지지체(202)와의 계면 향상에 따른 전기화학적 면적 즉, 삼상 계면(Three Phase Boundary: TPB)을 증가시킬 수 있도록 하는 것이다.That is, in the step of forming the anode electrode layer (S110), when the anode electrode layer 210 is formed, the nano powder rises on the wall surface of the pores of the porous support 202 by the capillary force to improve the interface with the porous support 202 , That is, the three-phase boundary (TPB).

한편, 상기 애노드 전극층 형성 단계(S110) 수행시 애노드 물질이 고체가 아니므로 다공성 지지체(202)의 기공으로 상기 애노드 물질을 빨아올리는 과정에서 빨아올린 반대측 애노드 물질의 저면이 함몰 형성되어 요철부가 형성된다.Meanwhile, in the step of forming the anode electrode layer (S110), since the anode material is not solid, the bottom surface of the opposite anode material sucked in the process of sucking up the anode material through the pores of the porous support 202 is formed to be concave and convex portions .

이렇게, 애노드 전극층(210)은 물결 모양의 요철부를 통해 평면 대비 전해질층(220) 및 캐소드 전극층(230)과의 접촉 면적이 넓어지므로 반응 면적 역시 증가하는 것이다.Since the contact area of the anode electrode layer 210 with the electrolyte layer 220 and the cathode electrode layer 230 is wider through the corrugated irregularities, the reaction area also increases.

본 실시예에서는 모세관력(Capillary force)에 의해 애노드 전극층(210)이 형성되는 것으로 예시하였으나, 이에 한정하지 않고 캐소드 전극층(230)만 모세관력에 의해 형성되거나, 상기 애노드 전극층(210)과 상기 캐소드 전극층(230) 모두 모세관력에 의해 형성될 수 있다.However, the present invention is not limited to this, and only the cathode electrode layer 230 may be formed by the capillary force. Alternatively, the anode electrode layer 210 may be formed by the capillary force, Both electrode layers 230 may be formed by capillary forces.

역전 단계(S120)는 다공성 지지체(202)의 저면에 형성된 애노드 전극층(210)이 상방을 향하도록 역전시키는 단계이다. 이는 다공성 지지체(202)의 저면에 형성된 애노드 전극층(210)을 상측에 위치하도록 하여 상기 애노드 전극층(210) 상에 전해질층(220)을 형성하는 전해질층 형성 단계(S130)와 캐소드 전극층 형성 단계(S140)를 순차적으로 용이하게 수행하기 위함이다. [도 3(c) 참조]The inversion step S120 is a step of reversing the anode electrode layer 210 formed on the bottom surface of the porous support 202 so as to face upward. This may be accomplished by forming an electrolyte layer forming step S130 and a cathode electrode layer forming step of forming an electrolyte layer 220 on the anode electrode layer 210 by locating the anode electrode layer 210 formed on the bottom surface of the porous support 202 on the upper side S140) in order. (See Fig. 3 (c)).

전해질층 형성 단계(S130)는 애노드 전극층(210)의 상면에 전해질층(220)을 ALD(Atomic Layer Deposition), 스퍼터(Sputter), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 박막 증착 기법에 의해 증착하여 박막 형태로 얇게 형성하는 단계이다. [도 3(d) 참조]In the electrolyte layer forming step S130, the electrolyte layer 220 is deposited on the top surface of the anode electrode layer 210 by a thin film deposition technique such as ALD (Atomic Layer Deposition), sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition) In the form of a thin layer. (See Fig. 3 (d)).

즉, 상기 전해질층 형성 단계(S130)는 거친 애노드 전극층(210)의 표면에 전해질층(220)을 증착하게 되면 애노드 구조와 동일한 형태를 가지게 되므로 전기화학적 면적을 넓게 만들 수 있는 것이다.That is, when the electrolyte layer 220 is deposited on the surface of the rough anode electrode layer 210, the electrolyte layer forming step (S130) has the same shape as the anode structure, so that the electrochemical area can be made wider.

여기서, 상기 전해질층(220)은 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate), 비스무스 계열 산화물 또는 상기 재료들의 여러 도핑(doping) 상과 같은 산소 이온 전도체(Oxygen ion conducting materials), 혹은 프로톤 전도체(Proton conducting materials) 등의 이온 전도체를 포괄하는 범주에서 선택하여 사용할 수 있다. 여기서, 상기 전해질층(220)은 GDC(Gd-doped CeO2) 또는 YSZ(Yttria-stabilized zirconia) 등의 전해질 물질이 적용될 수 있다. Here, the electrolyte layer 220 may include at least one selected from the group consisting of zirconium oxide (Zr x O y ), cerium oxide (Ce x O y ), lanthanum gallate, barium cerate, barium zirconate ), Ion conductive materials such as bismuth series oxides or various doping phases of the above materials, and ion conductors such as proton conducting materials. Here, as the electrolyte layer 220, an electrolyte material such as GDC (Gd-doped CeO 2) or YSZ (Yttria-stabilized zirconia) may be applied.

캐소드 전극층 형성 단계(S250)는 전해질층(220) 상에 캐소드 전극층(230)을 형성하는 단계이다. [도 3(e) 참조]The cathode electrode layer forming step S250 is a step of forming the cathode electrode layer 230 on the electrolyte layer 220. [ 3 (e)).

이때, 상기 제2 전극층 형성 단계(S250)는 고성능 촉매인 플래티넘(백금, Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 루세늄(Ru) 등의 재질로, 스퍼터(Sputter), PLD(Pulsed Laser Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 방법에 의해 증착하여 캐소드 전극층(230)을 형성하는 단계이다.
At this time, the second electrode layer forming step S250 may be a high performance catalyst such as a platinum (Pt), a palladium (Pd), a nickel (Ni), a ruthenium (Ru) Laser Deposition (ALD), or Atomic Layer Deposition (ALD) to form the cathode electrode layer 230.

본 발명의 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법에 의해 제조되는 박막형 고체 산화물 연료전지 스택(200)은 다공성 지지체(202), 애노드 전극층(210), 전해질층(220) 및 캐소드 전극층(230)을 포함한다. A thin film solid oxide fuel cell stack 200 manufactured by the method of producing a stack of thin film type solid oxide fuel cells using the nano powder of the present invention includes a porous support 202, an anode electrode layer 210, an electrolyte layer 220, (230).

여기서, 애노드 전극층(210) 및 캐소드 전극층(230)은 전기화학반응이 일어날 수 있도록 넓은 표면적을 제공하되, 이때 발생하는 전자의 이동통로를 제공하는 기능을 하며, 전해질층(220)은 전극 사이에서 이온의 이동통로를 제공하지만 전자의 이동은 차단하고 연료와 산소를 분리하는 기능을 하고, 상기 촉매에 의해 형성된다.Here, the anode electrode layer 210 and the cathode electrode layer 230 function to provide a large surface area for electrochemical reaction, and provide a path for electrons to be generated at this time, and the electrolyte layer 220 is formed between the electrodes And is formed by the catalyst, which functions to isolate the fuel and oxygen while blocking the movement of the electrons.

다공성 지지체(202)는 AAO(Anodized Aluminum Oxide) 기판을 말한다. 이는 고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cell)의 동작온도 저온화를 구현하고자 할 때 전해질 구조가 얇아야하므로 이를 위한 다공성 지지체를 구비하는 것이다. 이때, 다공성 지지체(202)는 산화 알루미늄(Al2O3)인 절연체이다.The porous support 202 refers to an AAO (Anodized Aluminum Oxide) substrate. This is because the electrolyte structure must be thin when the operating temperature of the solid oxide fuel cell is to be lowered, and therefore, a porous support for the solid oxide fuel cell is provided. At this time, the porous support 202 is an insulator of aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

애노드 전극층(Anode electrode: 210)은 다공성 지지체(202)의 상면에 형성되는 연료극으로, 애노드 물질이 모세관력(Capillary force)에 의해 다공성 지지체(202)의 기공(pore) 내벽면을 타고 올라가면서 반대측은 함몰되어 다공성 지지체(202)와의 계면과 전해질층(220)과의 계면(물결 모양) 향상에 따라 삼상 계면(Three Phase Boundary: TPB)을 증가시킬 수 있도록 형성된다.The anode electrode 210 is a fuel electrode formed on the upper surface of the porous support 202. The anode material rises up on the inner surface of the pore of the porous support 202 by a capillary force, Phase interface (TPB) according to the improvement of the interface (wavy shape) between the interface with the porous support 202 and the electrolyte layer 220.

여기서, 애노드 물질은 10㎚ 이하의 전극용 나노 파우더(nano powder)로, 상기 나노 파우더는 O-GDC(gadolinium doped ceria), NiO-YSZ(yittria stabilized zirconia), NiO-SDC(samarium doped ceria) 파우더 등이 포함된다.Here, the anode material is a nano powder for an electrode having a thickness of 10 nm or less, and the nano powder is gadolinium doped ceria (O-GDC), yttria stabilized zirconia (NiS), NiO-SDC (samarium doped ceria) And the like.

전해질층(220)은 애노드 전극층(210)의 상에 형성되는 고밀도 전해질(Dense electrolyte)로, 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate), 비스무스 계열 산화물 또는 상기 재료들의 여러 도핑(doping)상과 같은 산소 이온 전도체(Oxygen ion conducting materials), 혹은 프로톤 전도체(Proton conducting materials) 등의 이온 전도체를 포괄하는 범주에서 선택하여 사용할 수 있다. The electrolyte layer 220 is a dense electrolyte formed on the anode electrode layer 210 and may include zirconium oxide (Zr x O y ), cerium oxide (Ce x O y ), lanthanum gallate, Oxygen ion conducting materials such as barium cerate, barium zirconate, bismuth series oxides or various doping phases of the above materials, or proton conducting materials, And the like.

캐소드 전극층(Cathode electrode: 230)은 고성능 촉매인 플래티넘(백금, Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 루세늄(Ru) 등의 재질로 형성되는 공기극으로, 스퍼터(Sputter), PLD(Pulsed Laser Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 방법에 의해 증착하여 형성된다.
The cathode electrode layer 230 is an air electrode formed of a high performance catalyst such as platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), ruthenium (Ru) Pulsed Laser Deposition (ALD), or Atomic Layer Deposition (ALD).

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the appended claims, as well as the appended claims.

200: 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택
202: 다공성 지지체
210: 애노드 전극층
220: 전해질층
230: 캐소드 전극층
200: Stack of Thin Film Solid Oxide Fuel Cell
202: Porous support
210: anode electrode layer
220: electrolyte layer
230: cathode electrode layer

Claims (5)

애노드 전극층을 형성하는 단계;
상기 애노드 전극층 상에 전해질층을 형성하는 단계; 및
상기 전해질층 상에 캐소드 전극층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 애노드 전극층 형성 단계와 상기 캐소드 전극층 형성 단계 중 적어도 하나의 단계는 전기화학반응 면적을 향상시킬 수 있도록 모세관력(Capillary force)에 의해 전극/전해질 물질이 다공성 지지체의 기공 내벽면을 타고 올라가게 하여 형성되는 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법.
Forming an anode electrode layer;
Forming an electrolyte layer on the anode electrode layer; And
And forming a cathode electrode layer on the electrolyte layer,
At least one of the anode electrode layer forming step and the cathode electrode layer forming step may cause the electrode / electrolyte material to ride up the inner wall surface of the porous support by a capillary force so as to improve the electrochemical reaction area A method for manufacturing a stack of thin film solid oxide fuel cells using nano powder formed.
제1항에 있어서,
상기 모세관력을 사용하여 제조되는 상기 애노드 전극층과 상기 캐소드 전극층 중 적어도 하나는 전극층은 삼상 계면(Three Phase Boundary: TPB)을 증가시키는 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the anode electrode layer and the cathode electrode layer is formed using the capillary force, the electrode layer is increased in three phase boundary (TPB).
제1항에 있어서,
상기 모세관력을 사용할 전극/전해질 물질은 나노 파우더(nano powder)인 것을 특징으로 하는 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode / electrolyte material using the capillary force is a nano powder. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제3항에 있어서,
상기 나노 파우더의 전극은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 루테늄(Ru), 코발트(Co) 중 어느 하나이고, 상기 전해질은 GDC(gadolinium doped ceria), YSZ(yittria stabilized zirconia), SDC(samarium doped ceria) 중 어느 하나인 나노파우더를 이용한 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the electrode of the nano powder is one of nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), ruthenium (Ru), and cobalt (Co) A method of fabricating a stack of thin film type solid oxide fuel cells using nano powder, wherein the solid oxide fuel cell is one of gadolinium doped ceria, yttria stabilized zirconia (YSZ), and samarium doped ceria (SDC).
제1항에 있어서,
상기 전해질층 형성 단계는 ALD(Atomic Layer Deposition), 스퍼터(Sputter), CVD(Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법으로 실시하는 박막형 고체 산화물 연료전지의 스택 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte layer forming step is performed by any one of ALD (Atomic Layer Deposition), sputtering, and CVD (Chemical Vapor Deposition).
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