KR20150075431A - 고체산화물 연료전지용 공기극 및 제조방법 - Google Patents

고체산화물 연료전지용 공기극 및 제조방법 Download PDF

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배홍열
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Abstract

본 발명은 공기극, 전해질층 및 연료극을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극에 있어서, 공기가 직접적으로 유입되는 복수의 유로가 높이방향 전체에 형성되는 제1 공기극층과, 상기 제1 공기극층 하부에 형성되고, 상기 유로를 통하여 유입된 공기가 투과되는 제2 공기극층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극를 제공한다.

Description

고체산화물 연료전지용 공기극 및 제조방법{STRUCTURE OF AIR ELECTRODE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 고체산화물 연료전지용 공기극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 유로를 포함하여 반응면적의 극대화와 공기의 효과적 전달이라는 상충되는 두 특징을 동시에 만족시킬 수 있는 고체산화물 연료전지용 공기극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지는 일반적으로 연료전지 중 가장 높은 온도(700 ~ 1000℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 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. 이러한 장점 때문에 고체산화물 연료전지에 관한 연구는 현재 활발히 이루어지고 있다.
고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)는 전기화학적 에너지 변환장치로서, 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(양극) 및 연료극(음극)으로 이루어진다. 공기극에서는 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다.
그러나, 상기 공기극, 전해질 및 연료극을 기본으로 하는 단위전지 하나에서 발생하는 전력은 상당히 작기 때문에, 여러 개의 단위 전지를 적층(스택)하여 연료 전지를 구성함으로써 상당량의 전력을 출력시킬 수 있게 되고, 나아가 다양한 발전 시스템 분야에 적용할 수 있게 된다. 상기 적층을 위해서, 한 단위전지의 공기극과 다른 단위전지의 연료극은 전기적으로 연결되어야 할 필요가 있으며, 이를 위해 분리판(separator)이 사용된다.
특히, 고체산화물 연료전지의 공기극(양극)은 두가지 기능을 동시에 달성해야 하는데 첫째는 반응면적의 극대화이고 둘째는 공기의 효과적 전달이다.
이는 서로 상충되는 특징인데 그 이유는 반응 면적의 극대화를 위해서는 기공도를 줄여야 하고 공기의 전달을 위해서는 기공도를 늘려야 하기 때문이다.
종래에는 두 개 혹은 그 이상의 층으로 나누어 기공도를 조절하는 것인데 전해질과 가까운 층일수록 조밀한 파우더를 사용하여 치밀한 전극을 구성하고 전해질과 멀어지는 층일수록 조대한 파우더를 사용하여 다공성 전극을 구성한다. 이로써 수직방향으로 기공도의 차이가 생기도록 하는 기술이 사용되어 왔다.
다만, 이러한 방법으로 제조된 전극은 다공층 전극의 기계적 강도가 확보되기 어렵기 때문에 가스의 유동이 원활한 만큼 충분한 기공을 형성하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 고체산화물 연료전지용 공기극에서 발생되는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명은 일 측면으로서, 본 발명에서는 첫째는 반응면적의 극대화와 공기의 효과적 전달이라는 상충되는 두 특징을 동시에 만족시킬 수 있는 고체산화물 연료전지용 공기극를 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 공기극(양극)의 수직방향의 기공도를 조절하는 것이 아니라 치밀한 구조를 유지한 상태에서 공기극에 유로를 형성하여, 공기극의 기계적 강도를 유지하도록 치밀한 구조를 유지가 가능하면서도, 반응면까지 효과적으로 가스를 전달할 수 있는 고체산화물 연료전지용 공기극를 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 기공도가 높지 않아도 더 가스유동이 좋기 때문에 고온에서 소결이 가능하고 따라서 전극의 기계적 성질과 전해질과의 고착강도 모두 개선할 수 있는 고체산화물 연료전지용 공기극를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 공기가 직접적으로 유입되는 복수의 유로가 높이방향 전체에 형성되는 제1 공기극층과, 상기 제1 공기극층 하부에 형성되고, 상기 유로를 통하여 유입된 공기가 투과되는 제2 공기극층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극를 제공한다.
바람직하게, 복수의 상기 유로의 최하단부는 상기 전해질층으로부터 동일한 이격거리를 가지도록 구비될 수 있다.
바람직하게, 유로는 V형 또는 U형으로 형성되고, 상기 유로의 표면에 복수의 굴곡부가 형성될 수 있다.
바람직하게, 굴곡부는 비정형의 굴곡부로 구비될 수 있다.
바람직하게, 제1 공기극층의 높이는 상기 제2 공기극층의 높이보다 크게 구비될 수 있다.
바람직하게, 공기극의 상부에는 집전체층이 배치될 수 있다.
바람직하게, 집전체층은 다공성의 세라믹층으로 구비될 수 있다.
바람직하게, 공기극은 상기 유로를 통하여 유입된 공기가 투과되는 영역이 존재하는 활성공기유동부와, 상기 유로가 형성되지 않은 공간을 통하여 공기가 투과되는 비활성공기유동부를 포함할 수 있다
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다른 일 측면으로서, 본 발명은 전해질층을 적층하는 단계와, 상기 전해질층의 상부에 제2 공기극층 형성을 위한 스크린페인팅을 하는 단계와, 상기 제2 공기극층의 상부에 제1 공기극층 형성을 위한 스크린 페인팅을 하는 단계 및, 스크린 페인팅 된 상기 제1 공기극층과 상기 제2 공기극층을 900 ~ 1100℃로 열처리하여, 상기 제1 공기극층에 유로를 형성하는 단계를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법을 제공한다.
이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기가 직접적으로 유입되는 복수의 유로를 포함하는 제1 공기극층과, 상기 제1 공기극층 하부에 형성되고, 상기 유로를 통하여 유입된 공기가 투과되는 제2 공기극층의 구성을 포함함으로써, 반응면적의 극대화와 공기의 효과적 전달이라는 상충되는 두 특징을 동시에 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유로가 삽입된 공기극 구조를 활용함으로써, 공기극의 기공도가 높지 않아도 가스의 유동이 향상될 수 있어 고온에서 소결이 가능하고, 따라서, 공기극 구조의 기계적 성능이 향상되고, 전해질층과의 고착강도가 향상될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유로는 상기 제1 공기극층의 높이 전체에 걸쳐서 형성되고, 복수의 상기 유로의 최하단부는 상기 전해질층으로부터 동일한 이격거리를 가짐으로써, 공기극 구조의 기계적 강도를 유지하도록 치밀한 구조를 유지가 가능하면서도, 반응면까지 공기를 효과적으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 반응면적의 극대화와 공기의 효과적 전달이라는 상충되는 두 특징을 동시에 만족시키기 위해 의도적으로 깊이가 조절되는 수직방향의 유로를 형성시켜주어 반응면적이 극대화가 요구되는 전해질과의 계면은 유로가 없도록 하고 반응면적보다는 공기의 전달이 더 중요한 부분에는 유로를 만들어주어 반응면까지 공기 유동을 활성화할 수 있는 효과가 있다
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 공기극의 상부에는 집전체층이 배치함으로써, 집전성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유로가 삽입된 공기극 구조를 활용함으로써, 분리판에서의 유동분배의 최적화의 필요가 없어, 분리판의 복잡한 설계 및 이에 따른 모델링과 실험과정을 생략할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기극 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기극 구조의 공기유동을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기극 구조를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예와 종래의 전기화학적 성능을 비교한 I-V 결과를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예와 종래의 전기화학적 성능을 비교한 I-V 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4a와 도 4b의 전기화학적 성능을 비교한 I-V 결과를 함께 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예와 종래의 전기화학적 성능을 비교한 임피던스(Impedance) 결과를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극(10)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 공기극, 전해질층(20) 및 연료극을 포함하는 고체산화물 연료전지에 대해 간단히 살펴보면,
고체산화물 연료전지는 전해질층(20)과, 전해질층(20)의 일면에 형성된 공기극과, 전해질층(20)의 다른 일면에 형성된 연료극을 포함할 수 있다.
공기극과 연료극의 외측에는 분리판(도시하지 않음)이 위치하며, 분리판에 형성된 유로(110)를 통해 공기극과 연료극으로 공기와 수소함유 연료(천연가스 또는 석탄가스 등)가 각각 제공될 수 있다.
전해질층(20)은 치밀하게 구성되어 연료가스와 공기의 투과를 차단해야 하고, 전자전도성은 없으나 산소이온 전도성은 높은 물질로 형성되어야 한다. 반면 공기극과 연료극은 다공질로 구성되어 공기와 연료가스가 잘 확산 공급되도록 하며, 높은 전자전도성을 가져야 한다.
공기극에서는 산소의 환원 반응이 일어나 산소이온이 생성되고, 전해질층(20)을 통해 연료극으로 이동한 산소이온은 연료극의 수소와 반응하여 수증기를 생성한다. 이때 연료극에서는 전자가 생성되며 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 연결하는 외부회로에 전기가 흐를 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극(10)는 제1 공기극층(100) 및 제2 공기극층(200)을 포함할 수 있다.
본 발명은 공기극, 전해질층(20) 및 연료극을 포함하는 고체산화물 연료전지에 사용되는 고체산화물 연료전지용 공기극(10)에 있어서, 공기가 직접적으로 유입되는 복수의 유로(110)가 높이방향 전체에 형성되는 제1 공기극층(100)과, 상기 제1 공기극층(100) 하부에 형성되고, 상기 유로(110)를 통하여 유입된 공기가 투과되는 제2 공기극층(200)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전해질층(20)의 상부에 고체산화물 연료전지용 공기극(10)가 형성될 수 있다.
고체산화물 연료전지용 공기극(10)는 상부에는 공기가 직접적으로 유입되는 유로(110)가 형성되는 제1 공기극층(100)이 형성되고, 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 하부에는 상기 유로(110)를 통하여 유입된 공기가 투과되는 층인 제2 공기극층(200)이 형성될 수 있다.
유로(110)가 삽입된 고체산화물 연료전지용 공기극(10)를 활용할 경우, 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 기공도가 높지 않아도 가스의 유동이 향상될 수 있어 고온(900 ~ 1200℃)에서의 소결이 가능하고, 따라서 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 기계적 성능이 향상되고, 전해질층(20)과의 고착강도가 향상될 수 있다.
제1 공기극층(100)에는 복수의 유로(110)가 일정한 간격으로 이격하여 형성될 수 있다. 상기 유로(110)는 가로방향, 세로방향 중 적어도 어느 한 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 복수의 유로(110)는 상기한 가로방향과 세로방향에 한정하여 형성되는 것이 아니고, 대각선 방향으로 형성될 수 있다.
그리고, 유로(110)는 상기한 가로방향, 세로방향 및 대각선 방향 중에서 선택된 제1 방향과, 상기 제1 방향과 교체되는 제2 방향으로 형성될 수 있다.
상기 제1 방향과 상기 제2 방향의 교차부에서는 반응면까지의 공기유동이 향상될 수 있다.
다공층을 지나는 가스의 확산은 굴곡(tortuosity)에 직접적으로 반비례한다.
굴곡(tortuosity)은 일직선을 지나는 통로를 1로 보았을 때 기공을 지나는 가스의 평균 이동거리가 길어지는지를 비율로 나타내는 수치이다.
다공층의 굴곡(tortuosity)은 아무리 기공도를 올린다고 해도 결코 1에 근접하기는 힘들고, 다공층의 굴곡(tortuosity)이 증가하는 만큼 가스의 유동이 힘들어진다.
도 2에는 공기유동 1과 공기유동 2가 도시되어 있다.
'a'는 유로(110)를 포함하는 제1 공기극층(100)의 높이이고, 'b'는 제1 공기극층(100)과 제2 공기극층(200)을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극(10) 전체의 높이이며, 'b-a'가 제2 공기극층(200)만의 높이에 해당한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 고체산화물 연료전지용 공기극(10)에 유로(110)가 형성되어 있어, 굴곡(tortuosity)이 1인 통로를 'a'의 높이만큼 지나서 확산하므로, 가스의 확산이 용이하다.
반면에, 통상적인 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 경우는 굴곡을 갖는 확산통로인 'b'의 높이를 공기유동 2에 전적으로 의존하기 때문에 굴곡(tortuosity)의 증가되어 가스의 확산이 어려워질 수 있다.
이러한, 'a'와 'b'의 높이의 비율은 자유롭게 조절이 가능하며, a'와 'b'의 높이의 비율을 조절하여 최대의 성능이 구현되도록 할 수 있다.
대면적 셀의 경우 공기의 유동이 매우 중요하며 이를 위해 분리판의 유로(110) 설계가 매우 복잡하고 최적 유동을 위한 구조는 모델링과 실험등이 매우 번거로운데, 도 1과 같이 유로(110)가 삽입된 공기극을 사용할 경우 분리판에서의 유동 분배가 최적화되지 않아도 효과적으로 셀의 성능을 구현할 수 있다.
상기 유로(110)는 상기 제1 공기극층(100)의 높이 전체에 걸쳐서 형성되고, 복수의 상기 유로(110)의 최하단부는 상기 전해질층(20)으로부터 동일한 이격거리를 가지도록 구비될 수 있다.
이와 같이 상기 유로(110)의 최하단부와 전해질층(20)으로부터의 이격거리를 동일하게 할 경우, 유로(110)가 형성되지 않은 제2 공기극층(200)의 높이가 균일하게 형성될 수 있다.
이에 의해, 유로(110)를 통하여 직접적으로 유입된 공기가 균일한 높이를 가지는 제2 공기극층(200)을 통하여 투과되면서 반응면까지의 공기유동이 향상될 수 있다.
유로(110)는 상기 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 상부에서 하부로 갈수록, 유로(110)의 폭이 감소되도로 구비될 수 있고, 상기 유로(110)의 표면에 복수의 굴곡부(111)가 형성될 수 있다.
또한, 유로(110)는 V형 또는 U형으로 형성되고, 상기 유로(110)의 표면에 복수의 굴곡부(111)가 형성될 수 있다.
이러한, 유로(110)에 형성된 복수의 굴곡부(111)를 통하여, 유로(110)가 공기와 접하게 되는 표면적이 향상됨으로써, 유로(110)를 통해 유입된 공기의 제1 공기극층(100)으로의 공기유동이 향상될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 유로(110)는 전체적으로는 V형 또는 U형으로 형성되고, 상기 유로(110)의 굴곡부(111)는 비정형의 굴곡부(111)로 구비될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 공기극층(100)의 높이는 상기 제2 공기극층(200)의 높이보다 크게 구비될 수 있다.
고체산화물 연료전지의 공기극(양극)은 두가지 기능을 동시에 달성해야 하는데 첫째는 반응면적의 극대화이고 둘째는 공기의 효과적 전달이다.
이는 서로 상충되는 특징인데 그 이유는 반응 면적의 극대화를 위해서는 기공도를 줄여야 하고 공기의 전달을 위해서는 기공도를 늘려야 하기 때문이다.
이러한 두가지 특징을 동시에 만족시키기 위해 제1 공기극층(100)의 높이방향 전체에 형성되는 유로(110)의 깊이는 의도적으로 조정될 수 있고, 이에 의해, 반응 면적의 극대화가 요구되는 전해질층(20)과의 계면은 유로가 없도록 하고, 반응면적보다 공기의 전달이 보다 중요한 부분에는 유로를 만들어주어 반응면까지의 공기유동이 좋아질 수 있다.
제1 공기극층(100)의 높이와 상기 제2 공기극층(200)의 높이의 비율은 반응면적의 극대화와 공기의 전달효율이라는 상충되는 두가지의 요인을 고려하여 조정될 수 있다.
바람직하게, 상기한 바와 같은 두가지의 요인을 고려할 때, 제1 공기극층(100)의 높이와 제2 공기극층(200)의 높이의 비율은 0.55:0.45 ~ 0.8:0.2의 비율로 형성될 수 있다.
또한, 보다 바람직하게, 제1 공기극층(100)의 높이와 제2 공기극층(200)의 높이의 비율은 0.6:0.4 ~ 0.75:0.25의 비율로 형성될 수 있다. 이러한 비율을 가질 때 본 발명의 고체산화물 연료전지용 공기극(10)는 반응면적의 극대화와 공기의 효과적 전달의 효과가 동시에 최적화될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공기극의 상부에는 집전체층(300)가 배치될 수 있고, 상기 집전체층(300)는 다공성의 세라믹층으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 공기극 또는 연료극과 분리판 사이에는 공기극 집전체층(300)(current collector)가 구비되어 공기극 또는 연료극이 분리판과 전기적으로 균일하게 접촉할 수 있게 한다.
이러한 집전체층(300)로는 세라믹 재질의 재료나 은 또는 백금이 사용될 수 있다. 또한, 집전체층(300)는 LSM 및 LSCF계열의 세라믹이 사용될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 공기극은 상기 유로(110)를 통하여 유입된 공기가 투과되는 활성공기유동부(400)와, 상기 유로(110)가 형성되지 않은 공간을 통하여 공기가 투과되는 비활성공기유동부(500)를 포함할 수 있다.
활성공기유동부(400)는 유로(110)가 형성된 깊이만큼 공기가 직접적으로 유입된 후 공기극으로 공기가 투과되는 점에서, 공기극 전체에 걸쳐 공기가 투과되는 비활성공기유동부(500)에 비하여 반응면까지의 공기의 유동이 좋다.
도 4a 내지 도 5는 종래의 고체산화물 연료전지용 공기극(10)와 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 전기화학적 성능을 비교한 I-V 결과를 도시한 도면이고, 도 6은 종래의 고체산화물 연료전지용 공기극(10)와 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 전기화학적 성능을 비교한 임피던스(Impedance) 결과를 도시한 도면이다.
도 4a는 수소(H2)의 플로우레이트가 300 SCCM(Standard Cubic centimeter per minutes, 이하 'SCCM'이라 한다.)일 때, 산소(O2)의 플로우레이트가 100 SCCM인 경우의 I-V 결과를 도시한 도면이고, 도 4b는 수소(H2)의 플로우레이트가 1000 SCCM)일 때, 산소의 플로우레이트가 1000 SCCM인 경우의 I-V 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4a와 도 4b의 전기화학적 성능을 비교한 I-V 결과를 함께 도시한 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 수직방향으로 유로(110)가 형성될 경우 가스의 활발한 유동이 필요한 고전류 영역에서 성능이 대폭 향상되는 것을 볼 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, OCV(Open Circuit Voltage, 이하 'OCV'라고 한다)상태에서 측정한 임피던스(Impedance) 결과 Low frequency 영역에서 저항이 대폭 감소하는 것을 볼 수 있다.
참고로, 도 6에서의 Z'는 실제임피던스를 의미하고, Z"는 이상적인 임피던스를 의미한다.
다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법은 전해질층(20)을 적층하는 단계와, 상기 전해질층(20)의 상부에 제2 공기극층(200) 형성을 위한 스크린페인팅을 하는 단계와, 상기 제2 공기극층(200)의 상부에 제1 공기극층(100) 형성을 위한 스크린 페인팅을 하는 단계 및, 스크린 페인팅 된 상기 제1 공기극층(100)과 상기 제2 공기극층(200)을 900 ~ 1100℃로 열처리하여, 상기 제1 공기극층(100)에 유로(110)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 제1 공기극층(110)과 제2 공기극층(200)을 형성하기 위한 스크린페인팅 페이스트의 종류는 제1 공기극층(110)을 위한 것과 제2 공기극층(200)을 위한 것으로 구분될 수 있다.
구체적으로, 제1 공기극층(100)을 형성하기 위한 제1 페이스트와 제2 공기극(200)층을 형성하기 위한 제2 페이스트로 구분될 수 있다.
특히, 제1 공기극층(100)을 형성하는 제1 페이스트는 900 ~ 1100℃로 열처리할 경우 제1 공기극층(100)에 유로(110)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 900 ~ 1100℃로 열처리하는 동안 상기 제1 공기극층(100) 형성을 위한 제1 페이스트는 갈라지면서 수직방향의 유로가 형성될 수 있다.
위와 같이, 열처리시 제1 공기극층(100)에는 유로가 형성되고, 제2 공긱극층에는 유로가 형성되지 않는바, 제1 공기극층(100)과 제2 공기극층(200)의 기공도는 상이하게 구성됨이 바람직하다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 공기극층(100)의 상부에 집전체층(30)가 형성되는 경우 고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법은 아래와 같다.
고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법은 전해질층(20)을 적층하는 단계와, 상기 전해질층(20)의 상부에 제2 공기극층(200) 형성을 위한 스크린페인팅을 하는 단계와, 상기 제2 공기극층(200)의 상부에 제1 공기극층(100) 형성을 위한 스크린 페인팅을 하는 단계, 상기 제2 공기극(200)층의 상부에 집전체층의 형성을 위한 스크린페인팅을 하는 단계 및, 스크린 페인팅 된 상기 제1 공기극층(100), 상기 제2 공기극층(200) 및, 집전체층(30)를 900 ~ 1100℃로 열처리하여, 상기 제1 공기극층(100)에 유로(110)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 제1 공기극층(110), 제2 공기극층(200) 및 집전체층(30)를 형성하기 위한 스크린페인팅 페이스트의 종류는 제1 공기극층(110)을 위한 것과 제2 공기극층(200) 및, 집전체층(30)의 형성을 위한 것으로 각각 구분될 수 있다.
또한, 본 발명의 고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법에는 앞서 설명한바 있는 고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 상기한 다양한 실시형태가 적용될 수 있음은 물론이다.
따라서, 고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법에서 활용되는 제1 공기극층(100), 제2 공기극층(200) 등의 구성은 이미 설명한 바와 같이 용고체산화물 연료전지용 공기극(10)의 구성과 동일한바 이에 대한 자세한 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.
먼저, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10: 공기극 구조 20: 전해질층
100: 제1 공기극층 110: 유로
111: 굴곡부 200: 제2 공기극층
300: 집전체층 400: 활성공기유동부
500: 비활성공기유동부

Claims (9)

  1. 공기가 직접적으로 유입되는 복수의 유로가 높이방향 전체에 형성되는 제1 공기극층과,
    상기 제1 공기극층 하부에 형성되고, 상기 유로를 통하여 유입된 공기가 투과되는 제2 공기극층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 유로의 최하단부는 전해질층으로부터 동일한 이격거리를 가지도록 구비되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유로는 V형 또는 U형으로 형성되고, 상기 유로의 표면에 복수의 굴곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 굴곡부는 비정형의 굴곡부로 구비되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공기극층의 높이는 상기 제2 공기극층의 높이보다 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공기극의 상부에는 집전체층이 배치되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 집전체층은 다공성의 세라믹층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유로를 통하여 유입된 공기가 투과되는 영역이 존재하는 활성공기유동부와,
    상기 유로가 형성되지 않은 공간을 통하여 공기가 투과되는 비활성공기유동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극.
  9. 전해질층을 적층하는 단계;
    상기 전해질층의 상부에 제2 공기극층 형성을 위한 스크린페인팅을 하는 단계;
    상기 제2 공기극층의 상부에 제1 공기극층 형성을 위한 스크린 페인팅을 하는 단계; 및,
    스크린 페인팅 된 상기 제1 공기극층과 상기 제2 공기극층을 900 ~ 1100℃로 열처리하여, 상기 제1 공기극층에 유로를 형성하는 단계;를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 제조방법.
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