KR20160030677A - Support for micro-solid oxide fuel cell and manufacturing method for micro-solid oxide fuel cell - Google Patents

Support for micro-solid oxide fuel cell and manufacturing method for micro-solid oxide fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR20160030677A
KR20160030677A KR1020140120126A KR20140120126A KR20160030677A KR 20160030677 A KR20160030677 A KR 20160030677A KR 1020140120126 A KR1020140120126 A KR 1020140120126A KR 20140120126 A KR20140120126 A KR 20140120126A KR 20160030677 A KR20160030677 A KR 20160030677A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
intermediate layer
metal support
solid oxide
fuel cell
oxide fuel
Prior art date
Application number
KR1020140120126A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김건중
최경만
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
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 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020140120126A priority Critical patent/KR20160030677A/en
Publication of KR20160030677A publication Critical patent/KR20160030677A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H01M8/1226Fuel 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1067Polymeric electrolyte materials characterised by their physical properties, e.g. porosity, ionic conductivity or thickness
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124Fuel 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

The present invention relates to a metal support comprising a metal support having a plurality of open pores in a fuel cell manufactured through a thin film process and an intermediate layer having a plurality of open pores smaller than the open pores of the metal support, so as to implement a solid oxide fuel cell without passing through a lithography process and an etching process, and to a method for manufacturing a micro-solid oxide fuel cell having the metal support. According to the present invention, a metal support for a micro-solid oxide fuel cell comprises: a metal support having a plurality of open pores; and an intermediate layer having open pores smaller than the open pores of the metal support on average on the metal support.

Description

마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체 및 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법 {SUPPORT FOR MICRO-SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD FOR MICRO-SOLID OXIDE FUEL CELL}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a support for a micro solid oxide fuel cell and a method for manufacturing the micro solid oxide fuel cell.

본 발명은 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체 및 이를 포함하는 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막 공정으로 제조되는 연료전지에 다수의 개기공을 가지는 금속 지지체와, 상기 금속 지지체에 비해 기공 크기가 작은 개기공을 다수개 가지는 중간층을 구비하여, 리소그라피 공정과 식각 공정을 거치지 않고도 고체산화물 연료전지의 구현이 가능한 금속 지지체와, 이 금속 지지체를 구비한 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a support for a micro solid oxide fuel cell and a method of manufacturing a micro solid oxide fuel cell comprising the same, and more particularly, to a fuel cell manufactured by a thin film process, a metal support having a plurality of open pores, A metal support having an intermediate layer having a plurality of open pores having a smaller pore size than the metal support and capable of realizing a solid oxide fuel cell without performing a lithography process and an etching process and a manufacturing method of a micro solid oxide fuel cell having the metal support ≪ / RTI >

고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell; SOFC)는 단위 전지와 분리판으로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수 개 적층된 구조로 이루어진다. 단위 전지는 고체 전해질층과 고체 전해질 층의 일면에 위치하는 음극과 다른 일면에 위치하는 양극을 포함한다.A solid oxide fuel cell (SOFC) has a structure in which a plurality of electricity generating units each comprising a unit cell and a separator plate are stacked. The unit cell includes a solid electrolyte layer and a cathode located on one surface of the solid electrolyte layer and a cathode located on another surface of the solid electrolyte layer.

고체산화물 연료 전지는 다른 연료전지들에 비해 에너지 변환 효율이 높고 공해가 적으며 수소 연료 외에 천연 가스 등 다양한 연료 사용 시에도 연료 개질기 없이 발전이 가능하며 복합발전이 가능하다는 장점이 있다.Solid oxide fuel cells have the advantage of higher energy conversion efficiency and less pollution compared with other fuel cells, and can generate electricity without fuel reformer even when using various fuels such as natural gas in addition to hydrogen fuel.

또한, 전력밀도가 높고 용도에 따른 다양한 설계가 가능하여 대형 열병합 발전시스템에서부터 자동차 보조전원장치나 휴대 전원 장치와 같은 중소형 전원 시스템으로까지 매우 광범위한 분야에서 기존의 발전시스템을 대체할 차세대 에너지원으로 많은 주목을 받고 있다.In addition, it has high power density and various designs according to the applications. It can be used as a next generation energy source to replace existing power generation systems in a wide range of fields from large cogeneration systems to automobile auxiliary power systems and small and medium power systems such as portable power systems. It is getting attention.

이러한 고체산화물 연료전지는 주로 전해질 지지체형 및 음극 지지체형으로 개발, 적용되고 있다. 그러나 이러한 형태에서는 단위전지의 구성요소가 모두 세라믹으로 구성되어 있어 기계적으로 취약한 문제점이 있다.These solid oxide fuel cells are mainly developed and applied to an electrolyte support body and a cathode support body. However, in such a configuration, all of the constituent elements of the unit cell are made of ceramic, which is mechanically weak.

하기 특허문헌 1에서는 연료극 지지체로서 다공성 세라믹 지지체를 개시하고 있다. 그러나 세라믹재료 자체의 취성으로 인해 충격저항성이 낮고, 낮은 열전도도로 인해 열충격에 취약하며 빠른 구동이 어렵다. 또한 단위전지를 적층하여 스택 제조 시 집전 상태를 향상시키기 위해 가해지는 외부 압력에 의해 단위전지의 파괴가 발생할 수 있는 문제점이 있다.The following Patent Document 1 discloses a porous ceramic support as a fuel electrode support. However, due to the brittleness of the ceramic material itself, it has low impact resistance, is vulnerable to thermal shock due to low thermal conductivity, and is difficult to drive quickly. Further, there is a problem that the unit cell may be broken due to the external pressure applied to stack the unit cells to improve the current collecting state during the manufacture of the stack.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 금속 지지체형 고체산화물 연료전지에 대한 연구가 진행되고 있다. 금속 지지체형 고체산화물 연료전지는 금속 지지체의 높은 열전도도 및 금속의 기계적 강도와 연성으로 인해 열 충격과 기계적 충격에 강한 저항성을 가지게 된다.In order to solve such a problem, researches on a metal support type solid oxide fuel cell are under way. The solid oxide fuel cell of the metal support type has a high thermal conductivity of the metal support and resistance to thermal shock and mechanical shock due to the mechanical strength and ductility of the metal.

페라이트계 Fe-Cr강은 고가의 니켈(Ni)이 포함되지 않아 저렴하며, 열팽창계수가 고체산화물 연료전지의 전해질과 유사하여 열사이클링(Thermal cycling)에도 높은 저항성을 갖는다. 따라서 페라이트계 Fe-Cr강을 지지체로 사용한 고체산화물 연료전지는 중대형, 가정용 적용뿐만 아니라 소형 휴대용 및 이동용 전원으로 크게 활용될 수 있다. Ferritic Fe-Cr steel is inexpensive because it does not contain expensive nickel (Ni), and its thermal expansion coefficient is similar to the electrolyte of a solid oxide fuel cell, so that it has high resistance to thermal cycling. Therefore, solid oxide fuel cells using ferrite-based Fe-Cr steel as a support can be widely used for small-sized, home-use, small portable and mobile power sources.

한편, 소형 휴대용 및 이동용 전원에 사용하게 될 고체산화물 연료전지는 휴대를 위한 신속한 작동 및 시스템의 부피 제약과 단열기술의 한계로 인해 600℃ 이하의 저온작동이 요구된다. 이에 따라 저온에서 고성능을 유지하기 위해서 단위전지의 구성 요소(전극과 전해질)를 박막화한 마이크로 고체산화물 연료전지(Micro-SOFC)가 각광받고 있으며, 현재 국내 및 해외의 몇몇 대학 및 기관에서 단위전지의 구성 요소를 박막화한 마이크로 고체산화물 연료전지에 대한 기술 개발이 시작되고 있다.On the other hand, solid oxide fuel cells to be used in small portable and mobile power sources are required to operate at a low temperature of 600 ° C or less due to rapid operation for carrying and limitations of the system volume and insulation technology. In order to maintain high performance at a low temperature, a micro-SOFC (micro-SOFC) having a thin film of the constituent elements (electrode and electrolyte) of a unit cell is in the spotlight. Technological developments have been started on a micro solid oxide fuel cell in which a component is made thinner.

그런데 현재까지 개발되고 있는 박막을 기반으로 하는 전해질 자체 지지형 또는 금속 지지형 고체산화물 연료전지는 하기 특허문헌 2에 개시된 바와 같이 치밀한 구조의 금속 또는 유리기판 위에 음극, 전해질, 양극을 차례로 증착한 후에 연료를 주입하기 위하여 치밀한 지지체를 습식 또는 건식 식각하는 방법을 사용하고 있다. 그런데 식각 과정에서 지지체 상에 형성된 박막이 손상될 수 있으며 리소그라피(Lithography)과정을 거쳐야 하기 때문에 공정이 복잡할 뿐 아니라 비용이 많이 드는 단점이 있다.However, the electrolyte-supported or metal-supported solid oxide fuel cell based on a thin film that has been developed to date has a problem in that a negative electrode, an electrolyte, and a positive electrode are sequentially deposited on a metal or glass substrate having a dense structure as disclosed in Patent Document 2 A wet or dry etching method is used to inject the fuel into the dense support. However, the thin film formed on the support may be damaged during the etching process and the lithography process must be performed. Therefore, the process is complicated and costly.

대한민국 공개특허공보 제2013-0075266호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0075266 대한민국 등록특허공보 제10-1002044호Korean Registered Patent No. 10-1002044

본 발명의 과제는, 종래의 박막 재료 기반의 고체산화물 연료전지를 제조하기 위해 다공성 금속 지지체에 요구되는 리소그라피 과정과 식각 과정을 거치지 않으면서도 고체산화물 연료전지의 구현이 가능한 고체산화물 연료전지용 지지체를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a support for a solid oxide fuel cell capable of realizing a solid oxide fuel cell without the lithography process and the etching process required for a porous metal substrate for manufacturing a conventional thin film material-based solid oxide fuel cell .

본 발명의 다른 과제는 상기 고체산화물 연료전지용 지지체를 포함하는 고체산화물 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell including the support for the solid oxide fuel cell.

상기 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 다수의 개기공(open pore)을 포함하는 금속 지지체와, 상기 금속 지지체 상에, 상기 금속 지지체의 개기공보다 평균 기공 크기가 작은 개기공을 포함하는 중간층이 형성된, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal support comprising: a metal support including a plurality of open pores; and an intermediate layer including open pores having an average pore size smaller than the open pores of the metal support, A support for a micro solid oxide fuel cell is formed.

또한, 상기 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 금속 지지체와 중간층을 제조하는 단계; 상기 금속 지지체 상에 온간등압프레스(WIP) 공정을 이용하여 상기 중간층을 적층하는 단계; 상기 중간층이 적층된 금속 지지체를 열처리하는 단계; 및 상기 중간층 상에, 음극 박막, 전해질 박막, 양극 박막을 순차적으로 적층하는 단계;를 포함하는, 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, Laminating the intermediate layer on the metal support using a warm isostatic pressing (WIP) process; Heat treating the metal support having the intermediate layer stacked thereon; And laminating a cathode thin film, an electrolyte thin film, and a cathode thin film sequentially on the intermediate layer.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 지지체는, 물질 이동이 용이한 큰 사이즈의 개기공을 구비한 금속 지지체 상에 작은 기공을 구비한 중간층이 형성된 구조로 이루어져 있어, 종래의 치밀한 금속 기판에 물질 전달 공간을 형성하기 위해 수행하였던 식각(etching) 공정이나 리소그라피(lithography) 공정이 필요하지 않게 될 뿐 아니라, 상기 중간층은 금속 지지체에 비해 치밀한 구조로 되어 있어서, 그 중간층 상에 형성되는 전지 구조가 용이하게 형성된다.The support for a solid oxide fuel cell according to the present invention has a structure in which an intermediate layer having small pores is formed on a metal support having open pores of a large size that facilitates mass transfer, The etching process or the lithography process performed to form the intermediate layer is not required and the intermediate layer has a dense structure as compared with the metal support so that the cell structure formed on the intermediate layer is easily formed do.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 스크린 프린팅(screen printing)이나 테이프 캐스팅(tape casting)과 같은 방법으로 지지체가 제조되므로, 종래에 비해 단순하면서도 넓은 면적의 박막 재료기반 고체산화물 연료전지를 제조할 수 있게 된다.In addition, according to one embodiment of the present invention, since a support is manufactured by a method such as screen printing or tape casting, a simple and large-area thin-film-material-based solid oxide fuel cell is manufactured .

또한, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 페라이트계 Fe-Cr강을 기반으로 하는 금속 지지체를 사용하기 때문에, 열적, 기계적 안정성이 확보된 고체산화물 연료전지의 구현이 가능하게 된다.In addition, according to one embodiment of the present invention, since a metal support based on a ferrite-based Fe-Cr steel is used, it is possible to realize a solid oxide fuel cell in which thermal and mechanical stability is ensured.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 금속 지지체와 LSTN-YSZ 중간층이 형성된 고체산화물 연료전지용 지지체의, LSTN-YSZ 중간층과 금속 지지체의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 연료전지의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 연료전지의 단면에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 단위전지의 온도에 따른 전압-전류의 전력 특성을 평가한 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 단위전지를 550℃의 탄화수소, 수소 분위기에서 전력특성을 비교한 그래프이다.
FIG. 1 is a scanning electron micrograph of an LSTN-YSZ intermediate layer and a metal support of a support for a solid oxide fuel cell in which a metal support prepared according to an embodiment of the present invention and an LSTN-YSZ intermediate layer are formed.
2 schematically shows the structure of a solid oxide fuel cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
3 is a scanning electron micrograph of a cross section of a solid oxide fuel cell fabricated according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating a voltage-current power characteristic of a solid oxide unit battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph comparing power characteristics of a solid oxide unit battery manufactured according to an embodiment of the present invention in a hydrocarbon and hydrogen atmosphere at 550 ° C.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것은 아니라 다른 구성요소를 도 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Also, when a component is referred to as "comprising ", it is meant to include other components as well, without departing from the other components unless specifically stated otherwise.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Also, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

본 발명에 따른 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체는, 다수의 개기공(open pore)을 포함하는 금속 지지체와, 상기 금속 지지체 상에, 상기 금속 지지체의 개기공보다 평균 기공 크기가 작은 개기공을 포함하는 중간층이 형성된 것을 특징으로 한다.The support for a micro solid oxide fuel cell according to the present invention comprises a metal support including a plurality of open pores and an open pore having an average pore size smaller than the open pores of the metal support, And an intermediate layer is formed.

본 발명은 개기공을 포함하는 금속 지지체를 사용하기 때문에 종래와 같이 치밀한 구조를 갖는 금속 지지체의 식각 및 리소그래피 공정을 수행할 필요가 없어 저비용 공정 구현이 가능하다. 또한, 상기 개기공 금속 지지체 상에는 금속 지지체의 개기공보다 기공 크기가 작아 치밀한 구조를 갖는 중간층을 형성함으로써, 지지체 상에 건전한 박막 전지구조를 형성할 수 있게 된다.Since the present invention uses a metal support including open pores, it is not necessary to perform a process of etching and lithography of a metal support having a dense structure as in the prior art, thereby realizing a low-cost process. In addition, a thin film battery structure can be formed on the support by forming an intermediate layer on the open pore metal support having a dense structure with a smaller pore size than the open pores of the metal support.

상기 금속 지지체는 다양한 금속들이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 페라이트계 Fe-Cr강이 바람직하다. 이때, 상기 페라이트계 Fe-Cr강(즉, 페라이트계 스테인리스강)에는, 페라이트 조직을 유지할 수 있다면 특별한 제한 없이 다양한 합금원소가 첨가될 수 있다.Various metals may be used for the metal support, but ferritic Fe-Cr steel is preferred. At this time, various alloying elements may be added to the ferrite-based Fe-Cr steel (i.e., ferritic stainless steel) without any particular limitations as long as it can retain the ferrite structure.

상기 중간층은 상기 금속 지지체로부터 상부로 갈수록 기공 크기가 연속적 또는 단속적으로 줄어드는 크기 구배를 가지도록 형성할 수 있다. 이와 같이 크기 구배를 둘 경우, 금속 지지체와 중간층 표면 간의 기공 크기 차이를 크게 둘 수 있고, 중간층 표면의 치밀도가 높을 수록, 중간층 상에 형성되는 전지소자의 건전성이 높아질 수 있다. 예를 들어, 상기 중간층은 상부로 갈수록 기공 크기가 줄어드는 다층구조로 이루어질 수도 있다.The intermediate layer may have a size gradient such that the pore size decreases continuously or intermittently from the metal support to the upper portion. When the size gradient is set as described above, the pore size difference between the metal support and the surface of the intermediate layer can be greatly increased, and the more compact the surface of the intermediate layer, the higher the integrity of the battery element formed on the intermediate layer. For example, the intermediate layer may have a multi-layer structure in which the pore size decreases toward the upper part.

상기 금속 지지체는 두께가 1㎛ 미만일 경우 기계적 강도가 떨어지며, 1000㎛ 초과일 경우 열용량(thermal mass)의 증가로 인해 고속 구동 시 열 해소가 원활하지 않으므로, 1~1000㎛ 가 바람직하다. 또한, 상기 금속 지지체에 구비되는 기공의 평균크기는 1㎛ 미만일 경우 물질이동이 원활하지 못하며, 900㎛를 초과할 경우 지지체의 기계적 강도가 제한되므로, 1~900㎛ 가 바람직하다.If the thickness of the metal support is less than 1 탆, the mechanical strength is lowered. If the thickness is more than 1000 탆, heat dissipation is not smooth during high-speed driving due to increase of thermal mass. In addition, when the average pore size of the metal support is less than 1 μm, mass transfer is not smooth. When the average pore size exceeds 900 μm, the mechanical strength of the support is limited.

상기 중간층은 두께가 1㎛ 미만일 경우 상기 금속지지체의 거친 요철로 인한 표면 결함이 발생하기 쉬우며, 100㎛ 초과일 경우 가스의 원활한 이동이 어려우므로 1~100㎛가 바람직하다. 또한, 기공의 크기는 10㎚미만일 경우 물질의 이동이 원활하지 못하고, 500㎚를 초과할 경우 1㎛ 이하의 치밀한 박막 전해질의 코팅이 어려우므로 10~500㎚가 바람직하다.When the thickness of the intermediate layer is less than 1 탆, surface defects are likely to occur due to rough unevenness of the metal support. When the thickness exceeds 100 탆, it is difficult to smoothly move the gas. When the pore size is less than 10 nm, the movement of the material is not smooth. When the pore size is more than 500 nm, it is difficult to coat the thin film electrolyte having a thickness of 1 탆 or less.

상기 중간층은, 금속 지지체와 상부에 형성되는 박막 음극을 전기적으로 연결해주어야 하기 때문에, 전도체로 이루어져야 하며, 바람직하게는, 산화물 전자 전도체와 이온 전도체와의 복합체 물질로 구성될 수 있다.Since the intermediate layer must electrically connect the metal support to the thin film anode formed on the upper portion, the intermediate layer should be formed of a conductor, and preferably, a composite material of an oxide electron conductor and an ion conductor.

상기 산화물 전자 전도체 경우, 대표적으로는 페로브스카이트(perovskite) 구조(ABO3)를 가지는 산화물중, SrTiO3, YCrO3, LaCrO3에 이중 도핑된 조성으로 한다. 이때, SrTiO3의 Sr에는 Y, La을 도핑하고, Ti에는 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, 또는 Ru를 도펀트로 치환할 수 있다. 또한, YCrO3, LaCrO3의 경우에는 La에 Sr, Ba, Ca 또는 Mg으로 도핑하고 Cr에는 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, 또는 Ru를 도펀트로 치환하여 사용할 수 있다.If the oxide electronic conductor, typically, is to be perovskite (perovskite) structure (ABO 3) of an oxide having, SrTiO 3, YCrO 3, the dual-doped LaCrO 3 in the composition. At this time, Y and La are doped into Sr of SrTiO 3 , and Ti, Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, or Ru can be substituted with a dopant. In the case of YCrO 3 or LaCrO 3 , La may be doped with Sr, Ba, Ca or Mg, and Cr may be substituted with a dopant such as Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd or Ru.

구체적으로 상기 산화물 전자 전도체는, AxY1-xMyCr1-yO3 (0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.3, A는 La, M은 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, 또는 이들의 혼합물), AxLa1-xMyCr1-yO3 (0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.3, A는 Y, M은 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, 또는 이들의 혼합물), AxSr1-xMyTi1-yO3 (0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.3, A는 Y, La, 또는 이들의 혼합물, M은 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, 또는 이들의 혼합물) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the oxide electron conductor is represented by A x Y 1-x M y Cr 1-y O 3 (0.01 ? X ? 0.5, 0.01 ? Y? 0.3, A is La and M is Ni, Co, Cu, Fe, Mn (Where 0.01? X? 0.5, 0.01? Y? 0.3, A represents Y, and M represents Ni, Co, and the like), A x La 1-x M y Cr 1-y O 3 Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, or mixtures thereof), a x Sr 1-x M y Ti 1-y O 3 (0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.3, a is y, La , Or a mixture thereof, M may be Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, or a mixture thereof.

또한, 상기 중간층은, Accepter-doped zirconia, Ceria, LSGM(Lanthanum Strontium Gallate Magnesite) 또는 이들의 혼합물과 같은 이온 전도체를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 이온 전도체와 산화물 전자 전도체와의 혼합은, 하나의 조성만으로 이루어질 경우 발생할 수 있는 심한 소결을 억제할 수 있어, 중간층의 기공 크기를 제어하는데 유리하다.The intermediate layer may further comprise an ion conductor such as Accepter-doped zirconia, Ceria, Lanthanum Strontium Gallate Magnesite (LSGM), or a mixture thereof. Mixing of such an ion conductor and an oxide electron conductor can suppress severe sintering which may occur when only one composition is formed, and is advantageous for controlling the pore size of the intermediate layer.

또한, 상기 중간층을 구성하는 전자 전도체의 조성 중, Ti 이나 Cr에 도핑되는 금속 원소인 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru 또는 그 혼합물은 페로브스카이트(perovskite) 산화물에 고용된 이후, 고온의 환원분위기에 노출되었을 때 다공성 표면에 나노 크기로 석출(exsolution)될 수 있으며, 이와 같은 나노 크기의 석출물은 탄화수소 개질 및 전극 반응의 촉매로서의 기능을 수행할 수 있다.Of the composition of the electron conductor constituting the intermediate layer, Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru or a mixture thereof which is a metal element doped to Ti or Cr is added to the perovskite oxide After being solidified, it can be exonerated to a nanoscale on a porous surface when exposed to a high temperature reducing atmosphere, and such nano-sized precipitates can function as a catalyst for hydrocarbon reforming and electrode reactions.

또한, 상기 중간층에 도핑되는 M 원소가, 상기 중간층에 형성된 기공의 표면에 석출되어 있을 수 있으며, 이 경우 석출된 M 원소는 중간층의 전기전도도 향상에 기여한다.Further, the M element doped in the intermediate layer may be precipitated on the surface of the pores formed in the intermediate layer. In this case, the precipitated M element contributes to the improvement of the electrical conductivity of the intermediate layer.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 금속 지지체와 중간층을 제조하는 단계; 상기 금속 지지체 상에 온간등압프레스(WIP) 공정을 이용하여 상기 중간층을 적층하는 단계; 상기 중간층이 적층된 금속 지지체를 열처리하는 단계; 및 상기 중간층 상에, 음극 박막, 전해질 박막, 양극 박막을 순차적으로 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, a method of manufacturing a micro solid oxide fuel cell according to the present invention includes the steps of: preparing a metal support and an intermediate layer; Laminating the intermediate layer on the metal support using a warm isostatic pressing (WIP) process; Heat treating the metal support having the intermediate layer stacked thereon; And depositing a negative electrode thin film, an electrolyte thin film, and a positive electrode thin film sequentially on the intermediate layer.

또한, 상기 금속 지지체와 중간층은, 스크린 프린팅(screen printing), 테이프 캐스팅(tape casting), 에어로졸 증착(aerosol deposition), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating) 또는 딥 코팅(dip coating) 중 어느 한 방법으로 제조될 수 있다.The metal support and the intermediate layer may be formed by screen printing, tape casting, aerosol deposition, spray coating, spin coating, or dip coating. . ≪ / RTI >

또한, 상기 열처리 단계는, 환원분위기 또는 불활성분위기에서 수행되는 것이 바람직한데, 환원분위기 또는 불활성분위기에서 열처리를 할 경우, 상기 M 성분의 석출을 촉진할 수 있다. 또한, 상기 열처리는 800℃ 미만으로 수행할 경우 층간 및 층을 이루는 분말 간의 약한 결합력을 초래 및 중간층에 도핑 되는 M 원소의 석출되기 어려우며, 1500℃를 초과하여 수행할 경우 소결밀도가 증가하여 상기 언급한 바람직한 기공크기를 얻기 어렵기 때문에, 800~1500℃가 바람직하다.Further, the heat treatment step is preferably performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, and when the heat treatment is performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere, precipitation of the M component can be promoted. In addition, when the heat treatment is performed at a temperature of less than 800 ° C., a weak bonding force is generated between the interlayer and the layer forming powder, and the M element doped in the intermediate layer hardly precipitates. When the annealing is performed at a temperature exceeding 1500 ° C., It is difficult to obtain a preferable pore size, and therefore, it is preferably 800 to 1500 ° C.

또한, 상기 열처리 단계는 2시간 미만일 경우 소결온도가 포화되지 않으며, 4시간 초과일 경우 소결 온도에서 필요 이상으로 비효율적으로 유지되는 것이기 때문에, 2시간 ~ 4시간이 바람직하다.In addition, since the sintering temperature is not saturated when the time is less than 2 hours, and the sintering temperature is more than 4 hours, it is preferably 2 hours to 4 hours.

상기 열처리 단계는, 열처리 온도, 불활성 기체의 분압 조절을 통해, 상기 중간층의 전기전도도를 제어할 수 있다.The heat treatment step may control the electric conductivity of the intermediate layer through the heat treatment temperature and the partial pressure of the inert gas.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 구체적으로 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments of the present invention. These embodiments are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

지지체 제조Support manufacturing

금속 분말이나 금속으로 환원이 되는 금속 산화물 분말을 고분자 용액(톨루엔(Toluene)+에탄올(Ethanol)+폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral)+디옥틸프탈레이트(Dioctyl phthalate))과 볼 밀링(ball milling)을 통해 혼합하여 슬러리를 수득하고, 수득한 슬러리(slurry)를 공지의 테이프캐스팅(tape casting)법을 사용하여그린시트(green sheet)를 제작한다.Metal oxide powder which is reduced to metal powder or metal is ball milled with polymer solution (toluene (Toluene + Ethanol + Polyvinyl butyral + Dioctyl phthalate) To obtain a slurry, and the obtained slurry is subjected to a known tape casting method to prepare a green sheet.

이때, 상기 금속 분말이나 금속으로 환원이 되는 금속 산화물 분말에 흑연(graphite) 분말, 전분(starch)과 같은 기공 전구체(pore fomer)와 지르코니아(zirconia), 알루미나(alumina) 등과 같은 세라믹 분말을 적당량 첨가하여 금속 지지체의 기공도 및 기공 크기를 조절할 수 있다.At this time, an appropriate amount of ceramic powder such as graphite powder, pore fomer such as starch, zirconia, alumina and the like is added to the metal oxide powder which is reduced to the metal powder or metal By metal The porosity and pore size of the support can be controlled.

구체적으로, 본 발명의 실시예에서는 금속 산화물 분말로 평균 입도가 25~30㎛ 정도인 페라이트계 Fe-Cr강 분말을 사용하였고, 기공 전구체로 전분을 금속 분말 대비 무게비로 5%를 첨가한 후 고분자 용액(톨루엔(Toluene)+에탄올(Ethanol)+폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral)과 혼합하여, 48시간 볼 밀링하여 슬러리를 수득하였다.More specifically, in the embodiment of the present invention, ferrite-based Fe-Cr steel powder having an average particle size of about 25 to 30 μm was used as a metal oxide powder, and 5% of starch as a pore precursor was added The mixture was mixed with a polymer solution (toluene (Toluene) + ethanol (Ethanol) + polyvinyl butyral) and ball milled for 48 hours to obtain a slurry.

이렇게 수득한 슬러리를 테이프캐스팅 장비를 사용해, 두께 약 40㎛ 이하의 페라이트계 Fe-Cr강 그린시트를 제조하였다.A ferrite-based Fe-Cr steel green sheet having a thickness of about 40 탆 or less was prepared by using the tape casting equipment thus obtained.

다음으로, La0 .2Sr0 .8Ti0 .9Ni0 .1O3 분말과 YSZ(Yttria stabilized zirconia) 분말을 7:3의 질량비로 혼합하고, 고분자 용액(톨루엔(Toluene)+에탄올(Ethanol)+폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral)과 혼합하여, 유성형 볼밀링(Planetery ball milling)을 통해 평균 입도가 1㎛ 이하인 혼합 분말 슬러리를 만들었다. 이 슬러리를 테이프 캐스팅 장비를 사용하여, 두께 30㎛ 이하의 LSTN-YSZ 그린시트를 제조하였다.Next, a La 0 .2 Sr 0 .8 Ti 0 .9 Ni 0 .1 O 3 powder and a Yttria stabilized zirconia (YSZ) powder were mixed at a mass ratio of 7: 3, and a polymer solution (toluene + Mixed with ethanol / polyvinyl butyral to prepare a mixed powder slurry having an average particle size of 1 탆 or less through planetary ball milling. Using this tape casting equipment, An LSTN-YSZ green sheet having a thickness of 30 μm or less was prepared.

이와 같이 제조된, 페라이트계 Fe-Cr강 그린시트와, LSTN-YSZ 그린시트를, 라미네이터(Laminator)를 사용하여 적층하고, 온간등방압프레스(WIP, Warm isostatic pressure)를 사용하여 80℃ 의 온도에서 4000psi(Pound per Square Inch)의 압력으로 압착하여 적층체를 얻었다.The thus prepared ferrite-based Fe-Cr steel green sheet and the LSTN-YSZ green sheet were laminated using a laminator and heated at a temperature of 80 占 폚 using Warm isostatic pressure (WIP) At a pressure of 4000 psi (Pound per Square Inch) to obtain a laminate.

이와 같이 얻은 2층 구조로 이루어진 적층체를 직경 1cm로 펀칭한 후, 1250℃~1260℃의 수소 기체 분위기에서 3시간 동안 열처리하여 소결함으로써, 금속 지지체와 중간층이 구비된 고체산화물 연료전지용 지지체를 제조하였다.
The thus obtained laminate having a two-layer structure was punched to a diameter of 1 cm and then heat-treated and sintered in a hydrogen gas atmosphere at 1250 to 1260 DEG C for 3 hours to obtain a support for a solid oxide fuel cell equipped with a metal support and an intermediate layer Respectively.

미세구조 평가Microstructure evaluation

도 1은 본 발명 실시예에 따라 제조된 다층 다공성 지지체의 소결 직후 주사전자현미경으로 촬영한 것으로, (a)는 LSTN-YSZ의 표면을, (b)는 다공성 금속 지지체의 단면을 나타낸 사진이다.FIG. 1 is a photograph of a multilayer porous support prepared according to an embodiment of the present invention, taken by a scanning electron microscope immediately after sintering, wherein (a) shows the surface of LSTN-YSZ and (b) shows a cross section of the porous metal support.

도 1(a)의 LSTN-YSZ 표면 이미지를 분석한 결과, 기공도가 12%였고, 기공은 수십nm 내지 수백nm의 크기를 갖는 것이 확인되었다.As a result of analyzing the LSTN-YSZ surface image in FIG. 1 (a), it was confirmed that the porosity was 12% and the pore size was several tens of nanometers to several hundreds of nanometers.

또한, 도 1(b)의 상부의 치밀한 부분은 LSTN-YSZ층이고 하부의 성긴 부분은 페라이트계 Fe-Cr강인데, 중간층의 두께는 30㎛~40㎛이고, 금속 지지체의 두께는 300㎛~400㎛ 두께로 형성되었음이 확인된다. 또한, 단면 이미지 분석결과, 페라이트계 Fe-Cr강 지지체의 기공도는 18~28%이며 기공의 크기는 수㎛~수십㎛를 가짐이 확인된다.
1 (b) is an LSTN-YSZ layer and the lower coarse portion is a ferrite-based Fe-Cr steel. The thickness of the intermediate layer is 30 占 퐉 to 40 占 퐉, and the thickness of the metal support is 300 占 퐉 - And it is confirmed that it is formed to have a thickness of 400 mu m. Also, as a result of the cross-sectional image analysis, it was confirmed that the porosity of the ferrite-based Fe-Cr steel support was 18 to 28% and the pore size had several mu m to several tens of mu m.

단위전지 제조Unit cell manufacturing

도 2는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 연료전지의 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 단위전지의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a solid oxide fuel cell fabricated according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell fabricated according to an embodiment of the present invention taken with a scanning electron microscope It's a picture.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지는, 마이크로 크기의 기공을 갖는 금속 지지체와, 상기 금속 지지체 상에 서브 마이크로 크기(나노 크기)의 기공을 갖는 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 박막 음극과, 상기 박막 음극 상에 형성된 박막 전해질과, 상기 박막 전해질 상에 형성된 박막 양극을 포함하여 이루어진다.2, a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a metal support having pores of micro size, an intermediate layer having pores of sub micro size (nano size) on the metal support, A thin film negative electrode formed on the intermediate layer, a thin film electrolyte formed on the thin film negative electrode, and a thin film positive electrode formed on the thin film electrolyte.

상기 박막 음극, 박막 전해질 및 박막 양극은 PLD(pulsed laser deposition) 방법으로 차례로 증착하여 만들 수 있다.The thin-film cathode, the thin-film electrolyte and the thin-film anode may be sequentially deposited by a PLD (Pulsed Laser Deposition) method.

구체적으로, Ni-YSZ로 이루어진 음극과 YSZ로 이루어진 전해질은, 온도 600℃, 산소분압을 각각 3mTorr, 5 mTorr 조건에서 증착하여 각각 두께 약 0.7㎛, 2㎛의 박막을 형성하였다. 또한, La0 .7Sr0 .3CoO3(LSC)로 이루어진 양극은, 상온, 산소분압 2 mTorr 조건에서 증착하여 두께 약 0.5㎛의 박막을 형성하였으며, 이와 같이 형성된 전지 구조는 도 3에 나타난 바와 같다.
Specifically, an anode made of Ni-YSZ and an electrolyte made of YSZ were deposited at a temperature of 600 ° C. and an oxygen partial pressure of 3 mTorr and 5 mTorr, respectively, to form thin films having thicknesses of about 0.7 μm and 2 μm, respectively. In addition, La 0 .7 Sr 0 .3 anode consisting of CoO 3 (LSC) is deposited at room temperature, the oxygen partial pressure was 2 mTorr conditions to form a thin film thickness of about 0.5㎛, thus formed cell structure is shown in Figure 3 Same as.

전력 특성 평가Evaluation of power characteristics

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 단위전지의 온도에 따른 전압-전류의 전력 특성을 평가한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 단위전지를 550℃의 탄화수소, 수소 분위기에서 전력특성을 비교한 그래프이다.FIG. 4 is a graph illustrating voltage-current power characteristics of a solid oxide unit battery manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph illustrating a voltage versus current characteristic of a solid oxide unit battery according to an embodiment of the present invention. Lt; RTI ID = 0.0 > C, < / RTI >

본 발명 실시예와 같이 제조된 고체산화물 단위전지를 양극은 공기 중에 노출시키고, 음극은 수소가스(H2 97%~H2O 3%)를 연료로 하여, 전압-전류 특성평가를450~550℃ 사이에서 실시하였고, 도 4에 나타난 바와 같이 550℃에서 560㎽/㎠의 최대 출력을 나타내었다.The solid oxide unit battery prepared as in the present invention was exposed to air and the anode was subjected to a voltage-current characteristic evaluation using hydrogen gas (H 2 97% to H 2 O 3%) as a fuel at 450 to 550 ° C. As shown in FIG. 4, the maximum output was 560 mW / cm 2 at 550 ° C.

또한, 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고체산화물 단위전지는 550℃의 수소, 탄화수소 분위기에 노출되었을 때 탄화수소 분위기에서 60%의 변환효율을 나타내었다.Also, as shown in FIG. 5, the solid oxide unit battery manufactured according to the embodiment of the present invention showed a conversion efficiency of 60% in a hydrocarbon atmosphere when exposed to a hydrogen and hydrocarbon atmosphere at 550 ° C.

이는 중간층을 구성하는 전자전도체의 조성 중 Ti 이나 Cr에 도핑되는 금속 원소(Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, 또는 Ru)가 고온, 환원 분위기에 노출되었을 시 다공성 표면으로부터 상기 금속 원소가 나노 크기로 석출이 발생하고, 이때 석출된 석출물이 탄화수소 개질 및 전극반응의 촉매로의 기능을 수행하였음을 알 수 있다.
When the metal element (Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, or Ru) doped in Ti or Cr among the composition of the electron conductor constituting the intermediate layer is exposed to the high temperature and reducing atmosphere, It can be seen that the precipitation occurs at the nano size of the element and the deposited precipitate functions as a catalyst for the hydrocarbon reforming and the electrode reaction.

Claims (13)

다수의 개기공(open pore)을 포함하는 금속 지지체와,
상기 금속 지지체 상에, 상기 금속 지지체의 개기공보다 평균 기공 크기가 작은 개기공을 포함하는 중간층이 형성된, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체.
A metal support including a plurality of open pores,
An intermediate layer including open pores having an average pore size smaller than that of the open pores of the metal support is formed on the metal support.
제1항에 있어서,
상기 금속 지지체는 페라이트계 Fe-Cr강으로 이루어진, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체.
The method according to claim 1,
Wherein the metal support is made of ferritic Fe-Cr steel.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중간층은 상기 금속 지지체로부터 상부로 갈수록 기공크기가 연속적 또는 단속적으로 줄어드는 크기 구배를 가지는, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the intermediate layer has a size gradient such that the pore size decreases continuously or intermittently from the metal support to the upper portion thereof.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 지지체는 두께가 1㎛~1000㎛이고,
기공의 평균 크기가 1㎛ ~ 900㎛인, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체.
3. The method according to claim 1 or 2,
The metal support has a thickness of 1 탆 to 1000 탆,
A support for a micro-solid oxide fuel cell having an average pore size of 1 탆 to 900 탆.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중간층은 두께가 1㎛~100㎛이고,
기공의 평균 크기가 10㎚ ~ 500㎚인, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체.
3. The method according to claim 1 or 2,
The intermediate layer has a thickness of 1 탆 to 100 탆,
A support for a micro-solid oxide fuel cell having an average pore size of 10 nm to 500 nm.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중간층은, AxY1 - xMyCr1 - yO3 (0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.3, A는 La, M은 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, 또는 이들의 혼합물), AxLa1 -xMyCr1-yO3 (0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.3, A는 Y, M은 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, 또는 이들의 혼합물), AxSr1-xMyTi1-yO3 (0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.3, A는 Y, La, 또는 이들의 혼합물, M은 Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, 또는 이들의 혼합물) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the intermediate layer comprises at least one selected from the group consisting of A x Y 1 - x M y Cr 1 - y O 3 (0.01 x 0.5, 0.01 y x 0.3, A is La, M is Ni, Co, Cu, Fe, , Ru, or a mixture thereof), A x La 1 -x M y Cr 1 -y O 3 (0.01? X? 0.5, 0.01? Y? 0.3, A is Y, M is Ni, Co, Mn, Zn, Pd, Ru or a mixture thereof), A x Sr 1-x M y Ti 1-y O 3 (0.01? X? 0.5, 0.01? Y? 0.3, A is Y, La, And M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Cu, Fe, Mn, Zn, Pd, Ru, or mixtures thereof.
제6항에 있어서,
상기 중간층에 도핑되는 M 원소가, 상기 중간층에 형성된 기공의 표면에 석출되어 있는, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체용 지지체.
The method according to claim 6,
And the M element doped in the intermediate layer is deposited on the surface of the pores formed in the intermediate layer.
제6항에 있어서,
상기 중간층은, 추가로 Accepter-doped zirconia, Ceria, LSGM(Lanthanum Strontium Gallate Magnesite) 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 마이크로 고체산화물 연료전지용 지지체.
The method according to claim 6,
Wherein said intermediate layer further comprises Accepter-doped zirconia, Ceria, Lanthanum Strontium Gallate Magnesite (LSGM), or mixtures thereof.
금속 지지체와 중간층을 제조하는 단계;
상기 금속 지지체 상에 온간등압프레스(WIP) 공정을 이용하여 상기 중간층을 적층하는 단계;
상기 중간층이 적층된 금속 지지체를 열처리하는 단계; 및
상기 중간층 상에, 음극 박막, 전해질 박막, 양극 박막을 순차적으로 적층하는 단계;를 포함하는, 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법.
Preparing a metal support and an intermediate layer;
Laminating the intermediate layer on the metal support using a warm isostatic pressing (WIP) process;
Heat treating the metal support having the intermediate layer stacked thereon; And
And stacking a cathode thin film, an electrolyte thin film, and a cathode thin film in this order on the intermediate layer.
제9항에 있어서,
상기 금속 지지체는 페라이트계 Fe-Cr강으로 이루어진, 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal support comprises a ferritic Fe-Cr steel.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 금속 지지체와 중간층은, 스크린 프린팅(screen printing), 테이프 캐스팅(tape casting), 에어로졸 증착(aerosol deposition), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating) 또는 딥 코팅(dip coating) 중 어느 한 방법으로 제조되는, 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
The metal support and the intermediate layer may be any of screen printing, tape casting, aerosol deposition, spray coating, spin coating, or dip coating. A method of manufacturing a micro solid oxide fuel cell.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 열처리 단계는, 환원분위기 또는 불활성분위기에서 800~1500℃의 온도 범위로 2~4 시간 수행되는, 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
Wherein the heat treatment step is performed in a reducing atmosphere or an inert atmosphere at a temperature ranging from 800 to 1500 占 폚 for 2 to 4 hours.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 열처리 단계의, 열처리 온도, 불활성 기체의 분압 조절을 통해, 상기 중간층의 전기전도도를 제어하는, 마이크로 고체산화물 연료전지의 제조방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
Wherein the electrical conductivity of the intermediate layer is controlled by controlling the temperature of the heat treatment and the partial pressure of the inert gas in the heat treatment step.
KR1020140120126A 2014-09-11 2014-09-11 Support for micro-solid oxide fuel cell and manufacturing method for micro-solid oxide fuel cell KR20160030677A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140120126A KR20160030677A (en) 2014-09-11 2014-09-11 Support for micro-solid oxide fuel cell and manufacturing method for micro-solid oxide fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140120126A KR20160030677A (en) 2014-09-11 2014-09-11 Support for micro-solid oxide fuel cell and manufacturing method for micro-solid oxide fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160030677A true KR20160030677A (en) 2016-03-21

Family

ID=55650857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140120126A KR20160030677A (en) 2014-09-11 2014-09-11 Support for micro-solid oxide fuel cell and manufacturing method for micro-solid oxide fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160030677A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101952806B1 (en) * 2017-08-31 2019-02-28 주식회사포스코 Metal-supported solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101952806B1 (en) * 2017-08-31 2019-02-28 주식회사포스코 Metal-supported solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
WO2019045302A1 (en) * 2017-08-31 2019-03-07 주식회사 포스코 Metal-supported solid oxide fuel cell and manufacturing method therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7767358B2 (en) Supported ceramic membranes and electrochemical cells and cell stacks including the same
US9070946B2 (en) Electrolyte-electrode joined assembly and method for producing the same
US9065104B2 (en) Process for manufacturing elementary electrochemical cells for energy- or hydrogen-producing electrochemical systems, in particular of SOFC and HTE type
US20140010953A1 (en) SINTERING ADDITIVES FOR CERAMIC DEVICES OBTAINABLE IN A LOW pO2 ATMOSPHERE
KR20160087516A (en) Low and intermediate-temperature type proton-conducting ceramic fuel cells containing bi-layer electrolyte structure for preventing performance degradation and method for manufacturing the same
KR20140057080A (en) Cathode for solid oxide fuel cell, method for preparing the same and solid oxide fuel cell including the same
KR20120112245A (en) Material for solid oxide fuel cell, cathode including the material and solid oxide fuel cell including the material
KR20120140476A (en) Material for solid oxide fuel cell, cathode including the material and solid oxide fuel cell including the material
KR101937919B1 (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell by tape lamination, Fuel Cell Stack and Fuel Cell Power Generation System manufactured by using the cell for fuel cell
WO2007086346A1 (en) Conductive sintered body, conductive member for fuel cell, fuel-cell cell, and fuel cell
KR20130050401A (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
EP3343682B1 (en) Flat plate-shaped solid oxide fuel cell and cell module comprising same
JP4828104B2 (en) Fuel cell
CN110088965B (en) Single cell, single cell stack device, module, and module housing device
CN113394434B (en) Solid oxide fuel cell and method for manufacturing same
KR101189680B1 (en) Fabrication method of solid oxide fuel cell
KR20160030677A (en) Support for micro-solid oxide fuel cell and manufacturing method for micro-solid oxide fuel cell
JP2004355814A (en) Solid oxide fuel battery cell and its manufacturing method
JP4508592B2 (en) Fuel cell manufacturing method
JP5463304B2 (en) Solid oxide fuel cell and method for producing the same
JP7330689B2 (en) Fuel cells and fuel cell stacks
KR102109730B1 (en) Method for fabricating solid oxide fuel cell
KR101158478B1 (en) Fabricating method of mechanically flexible metal-supported sofcs
JP5711093B2 (en) Gas separation material for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell
KR102026502B1 (en) Solid oxide fuel cell, battery module comprising the same and method for manufacturing solid oxide fuel cell

Legal Events

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