KR20170076143A - Cell for solid oxid fuel cell comprising reaction preventing layer and method for manufacturing the same - Google Patents

Cell for solid oxid fuel cell comprising reaction preventing layer and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20170076143A
KR20170076143A KR1020150186045A KR20150186045A KR20170076143A KR 20170076143 A KR20170076143 A KR 20170076143A KR 1020150186045 A KR1020150186045 A KR 1020150186045A KR 20150186045 A KR20150186045 A KR 20150186045A KR 20170076143 A KR20170076143 A KR 20170076143A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
reaction
cell
sintering
electrolyte
Prior art date
Application number
KR1020150186045A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
안진수
배홍열
박영민
Original Assignee
주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
철강융합신기술연구조합
포스코에너지 주식회사
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, 재단법인 포항산업과학연구원, 철강융합신기술연구조합, 포스코에너지 주식회사 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020150186045A priority Critical patent/KR20170076143A/en
Publication of KR20170076143A publication Critical patent/KR20170076143A/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
    • H01M8/124Fuel 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
    • 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
    • H01M8/1246Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/1253Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
    • 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
    • H01M8/1246Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/126Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing cerium oxide
    • 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
    • Y02E60/525
    • 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

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료극층, 전해질층 및 공기극층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀에 있어서, 상기 전해질층 상에 형성되고 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층, 및 상기 제1반응방지층 상에 형성되고 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 상기 제2반응방지층을 더 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀을 제공하고, 이에 따라, 반응방지층의 구조를 치밀화하여 공기극층과 전해질층과의 직접적인 접촉을 효과적으로 방지해 셀의 장기안정성을 확보하고 셀의 내부 저항을 감소시켜 성능을 향상시키며, 간단한 공정으로 고체산화물 연료전지용 셀을 제조하여 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a cell for a solid oxide fuel cell comprising a fuel electrode layer, an electrolyte layer and a cathode layer, wherein the first reaction preventive layer is formed on the electrolyte layer and comprises 0.5 to 3 mol% And a second reaction preventive layer formed on the first reaction preventive layer and including 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent so as to densify the structure of the reaction preventive layer It is possible to effectively prevent the direct contact between the cathode layer and the electrolyte layer to ensure long-term stability of the cell, to improve the performance by reducing the internal resistance of the cell, and to reduce the manufacturing cost by manufacturing a cell for a solid oxide fuel cell with a simple process .

Description

반응방지층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀 및 그 제조방법{CELL FOR SOLID OXID FUEL CELL COMPRISING REACTION PREVENTING LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cell for a solid oxide fuel cell including a reaction preventive layer,

본 발명은 반응방지층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell for a solid oxide fuel cell including an anti-reaction layer and a method of manufacturing the same.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전력을 발생시키기 때문에 기존의 내연기관에 의존한 화력발전과 같이 카르노사이클에 구애를 받지 않으며 높은 발전효율을 가지며, 소음이 적고, 부산물로 물이 생기는 등 환경에 미치는 영향도 매우 적다. 연료전지는 사용되는 전해질에 따라서 작동온도가 결정되고 전해질에 따라서 크게 고분자 전해질형 연료전지, 고체산화물 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 직접 메탄올 연료전지 등이 있다. Since the fuel cell generates electric power through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, it is not subject to the carnot cycle like the thermal power generation depending on the existing internal combustion engine, has a high power generation efficiency, has low noise, Environmental impacts are very low. The operating temperature of a fuel cell is determined according to the electrolyte to be used. The fuel cell is classified into a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, a molten carbonate fuel cell, and a direct methanol fuel cell.

이중 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)는 가장 높은 효율을 보이며, 고열과 함께 열병합발전을 이루면 발전효율이 70~80%에 육박하는 매우 이상적인 시스템이다. 고체산화물 연료전지는 산소이온 전도성을 갖는 전해질과 그 양면에 구비된 연료극, 공기극으로 구성된다. 이는 공기극과 연료극에 산소와 연료를 각각 공급하여 공기극에서는 산소의 환원반응이 일어나 산소이온이 생성되어 전해질을 통해 연료극으로 이동하고, 연료극에서는 연료가 산소이온과 반응하여 물로 산화되면서 전자가 발생하여 전력을 생산하게 된다. 상술한 원리를 갖는 고체산화물 연료전지를 구성하는 기본요소인 전해질 및 전극은 모두 내열성이 우수한 세라믹으로 구성되어 있으며 고온에서 작동하기 때문에 저온형 연료전지에 비해 우수한 효율 및 성능을 갖는다.Solid oxide fuel cells (SOFCs) have the highest efficiency, and when combined with high heat, cogeneration is a very ideal system with power generation efficiencies approaching 70-80%. The solid oxide fuel cell is composed of an electrolyte having oxygen ion conductivity and a fuel electrode and an air electrode provided on both sides thereof. In this case, oxygen and fuel are supplied to the air electrode and the fuel electrode, respectively, so that a reduction reaction of oxygen occurs in the air electrode, and oxygen ions are generated and transferred to the fuel electrode through the electrolyte. In the fuel electrode, . The electrolyte and the electrode which are the basic constituent elements of the solid oxide fuel cell having the above-mentioned principle are all made of ceramics having excellent heat resistance and have excellent efficiency and performance as compared with the low temperature type fuel cell because they operate at high temperature.

그러나 상기 고체산화물 연료전지는 셀 제조 및 운전 시 장시간 고온에 노출되어야 하는데, 이 과정에서 각종 열화 현상이 발생하므로 상용화하는데 어려움이 있다. 보다 구체적으로, 공기극과 전해질의 계면에 La2Zr2O7 또는 SrZrO3 등과 같은 저항이 큰 물질이 생성되어 저항이 증가하고 셀의 성능을 감소시킬 뿐만 아니라, 공기극/전해질과 반응물 간의 열팽창계수 차이로 인해 열기계적 안정성이 저하되는 문제가 발생한다.However, the solid oxide fuel cell must be exposed to a high temperature for a long time during cell manufacturing and operation, and various deterioration phenomena occur in this process, so that it is difficult to commercialize the solid oxide fuel cell. More specifically, a large resistance material such as La 2 Zr 2 O 7 or SrZrO 3 is formed at the interface between the air electrode and the electrolyte to increase the resistance and to decrease the performance of the cell. Also, the thermal expansion coefficient difference between the air electrode / There arises a problem that the thermomechanical stability is lowered.

따라서 상술한 문제를 해결하고 상기 고체산화물 연료전지의 성능과 안정성을 향상시키기 위해서 공기극과 전해질 사이의 반응을 방지하기 위한 기술이 개발되어 왔다. 이들 중 공기극과 전해질 사이에 구비되는 세리아 계열의 반응방지층이 공지되었으나, 세리아 계열의 소재는 대표적인 난소결성물질으로 치밀한 소결제를 만들기 어려우며, 전해질층이 이미 치밀하게 소결되어 있는 상태에서 전해질층 상부에 세리아 계열의 물질을 도포하여 치밀한 층을 형성하는 것은 매우 어렵다. 또한, 세리아 계열의 반응방지층을 형성하기 위해서는 1300℃ 초과하는 고온에서 소결 공정에서 진행되어야 하나, 이러한 고온에서는 제2의 상이 형성되어 전기전도도가 시키므로 셀 성능을 급격히 저하시킨다.Accordingly, techniques for preventing the reaction between the air electrode and the electrolyte have been developed in order to solve the above-mentioned problems and improve the performance and stability of the solid oxide fuel cell. Among them, a ceria-based reaction preventive layer provided between the cathode and the electrolyte is known, but a ceria-based material is a typical ozone-forming substance and it is difficult to make a dense sintering. In the state where the electrolyte layer is already sintered densely, It is very difficult to form a dense layer by applying ceria-based materials. Further, in order to form a ceria-based reaction preventive layer, the sintering process should be carried out at a high temperature exceeding 1300 DEG C, but at such a high temperature, a second phase is formed to cause electric conductivity, thereby rapidly deteriorating the cell performance.

종래에는 치밀한 막을 형성하기 위하여 스퍼터링, 펄스레이저증착(Pulsed Laser Deposition)과 같은 고진공이 필요한 고가의 증착법을 사용하였으나, 이는 대량 생산성 및 비용 절감 측면에서 적절치 못하다고 할 수 있다. 또한, 치밀한 막을 형성하기 위하여 반응방지측에 소결 조제를 넣어주는 방법을 이용하였으나, 0.5~3몰퍼센트의 소결 조제를 투입하는 경우에는 반응방지층이 치밀해지도록 하기에는 부족하였으며, 소결 조제를 10몰퍼센트 이상 투입하여도 소결성이 낮을 뿐만 아니라 10몰퍼센트 이상의 소결 조제는 세리아의 이온전도도를 올리기 위해 투입되는 도판트(Dopant)의 함량과 비슷한 수준이어서 전도도에 영향을 주는 단점이 있다.Conventionally, expensive deposition methods requiring high vacuum such as sputtering and pulsed laser deposition have been used to form a dense film, but this is not appropriate in terms of mass productivity and cost reduction. In addition, in order to form a dense film, a sintering auxiliary agent was added to the reaction preventing side. However, when 0.5 to 3 mole percent of the sintering auxiliary agent was added, it was not enough to make the reaction preventing layer compact. Sintering ability is low even when the amount is more than 10 mol%, and the sintering aid having a mole ratio of 10 mol% or more has a disadvantage that it affects the conductivity because it is similar to the content of dopant added to increase the ion conductivity of ceria.

본 발명은 공기극층과 전해질층 사이의 치밀한 구조를 갖는 반응방지층을 구비하여 전기생산 및 전기분해 성능이 우수하고, 장기 안정성이 확보된 고체산화물 연료전지용 셀을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a cell for a solid oxide fuel cell having an anti-reaction layer having a dense structure between a cathode layer and an electrolyte layer and having excellent electric production and electrolysis performance and ensuring long-term stability.

또한, 본 발명은 간단한 공정으로 반응방지층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method of manufacturing a cell for a solid oxide fuel cell including an anti-reaction layer by a simple process.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료극층, 전해질층 및 공기극층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀에 있어서, 상기 전해질층 상에 형성되고 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층, 및 상기 제1반응방지층 상에 형성되고 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 상기 제2반응방지층을 더 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a cell for a solid oxide fuel cell comprising a fuel electrode layer, an electrolyte layer and a cathode layer, wherein the first reaction preventive layer is formed on the electrolyte layer and comprises 0.5 to 3 mol% And the second reaction preventive layer formed on the first reaction preventive layer and including 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent.

상기 전해질층은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 및 란타늄 갈레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The electrolyte layer may be at least one selected from the group consisting of yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), samarium doped ceria (SDC), gadolinia doped ceria (GDC) and lanthanum gallate.

상기 공기극층은 페로브스카이트 구조를 가지면서, 란탄(La), 코발트(Co), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 가돌리늄(Gd), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 금속에서 선택된 2종 이상을 포함할 수 있다.The cathode layer has a perovskite structure and is composed of lanthanum (La), cobalt (Co), strontium (Sr), calcium (Ca), gadolinium (Gd), barium (Ba), magnesium (Mg) (Ti), Cr, Mn, Ni, Fe, Cu, and Zr.

상기 제1반응방지층 및 제2반응방지층은 세리아계 금속 산화물을 포함할 수 있다.The first reaction preventing layer and the second reaction preventing layer may include a ceria based metal oxide.

상기 세리아계 금속 산화물은 희토류가 첨가될 수 있다.The rare earth metal may be added to the ceria based metal oxide.

상기 소결 조제는 구리, 산화구리, 코발트, 산화코발트, 칼슘, 산화칼슘, 지르코늄, 산화지르코늄, 철, 산화철, 리튬 및 산화리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The sintering aid may be at least one selected from the group consisting of copper, copper oxide, cobalt, cobalt oxide, calcium, calcium oxide, zirconium, zirconium oxide, iron, iron oxide, lithium and lithium oxide.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연료극층, 및 상기 연료극층 상에 고체산화물의 전해질층을 형성하는 단계, 전해질층 상에 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층용 조성물을 코팅하여 제1반응방지층을 형성하는 단계, 및 상기 제1반응방지층 상에 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제2반응방지층용 조성물을 코팅하여 제2반응방지층을 형성하는 단계를 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a fuel cell, comprising the steps of: forming a fuel electrode layer and an electrolyte layer of a solid oxide on the fuel electrode layer; forming a composition for a first reaction inhibition layer containing 0.5 to 3 mole percent of a sintering auxiliary agent on the electrolyte layer Coating a first reaction inhibiting layer on the first reaction inhibiting layer to form a second reaction inhibiting layer by coating a composition for a second reaction inhibiting layer containing 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent on the first reaction preventing layer A method for manufacturing a cell for a solid oxide fuel cell is provided.

상기 제1반응방지층 및 제2반응방지층을 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다.And sintering the first reaction preventing layer and the second reaction preventing layer.

상기 제2반응방지층 상에 공기극층용 조성물을 코팅하여 공기극층을 형성하는 단계, 및 상기 제1반응방지층, 제2반응방지층 및 공기극층을 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다.Forming a cathode layer by coating the composition for a cathode layer on the second reaction inhibition layer, and sintering the first reaction inhibition layer, the second reaction inhibition layer and the air electrode layer.

상기 코팅은 스크린프린팅 공정으로 연속적으로 이루어질 수 있다.The coating can be made continuously by a screen printing process.

소결 온도는 800 내지 1300℃일 수 있다.The sintering temperature may be 800 to 1300 占 폚.

본 발명에 따르면, 반응방지막의 구조를 치밀화하여 공기극층과 전해질층과의 직접적인 접촉을 효과적으로 방지해 셀의 장기안정성을 확보하고 셀의 내부 저항을 감소시켜 성능을 향상시키며, 간단한 공정으로 고체산화물 연료전지용 셀을 제조하여 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the structure of the reaction preventive film is densified to effectively prevent the direct contact between the cathode layer and the electrolyte layer, thereby securing the long-term stability of the cell, improving the performance by reducing the internal resistance of the cell, There is an effect that the manufacturing cost of the battery cell can be reduced.

도 1은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 셀의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예로부터 제조된 셀의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 비교예로부터 제조된 셀의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a cell for a solid oxide fuel cell according to the present invention. FIG.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross-section of a cell prepared from an example.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross section of a cell prepared from Comparative Example.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to various embodiments. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

본 발명은 반응방지층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell for a solid oxide fuel cell including an anti-reaction layer and a method of manufacturing the same.

상기 반응방지층은, 고체산화물 연료전지의 공기극층과 전해질층 사이의 화학반응을 방지하거나 억제하기 위하여 이들 사이에 개재되는 층을 의미한다. 이때, 상기 반응방지층은 공기극층의 원소가 확산되어 전해질층과 반응물을 형성하여 내부 저항이 증가되는 것을 방지할 수 있어야 하며, 상기 반응방지층의 기공이 많으면 상술한 바와 같이 공기극층의 원소 확산을 돕게 되어 반응방지 기능을 수행하지 못하게 되므로 치밀한 구조를 가질 필요가 있다. 이러한, 치밀화된 구조를 갖기 위해서 1300℃ 초과하는 온도에서 소결하여야 하나, 이러한 고온에서 소결이 이루어지면 전해질층과 반응방지층 사이에 부도체 반응물이 생성되게 되어 연료전지의 성능을 저하시키므로 1300℃ 이하의 온도에서 치밀화된 구조를 갖는 반응방지층을 제조하는 것이 중요하다.The reaction preventive layer means a layer interposed therebetween to prevent or suppress a chemical reaction between the cathode layer and the electrolyte layer of the solid oxide fuel cell. At this time, the reaction preventive layer should be able to prevent the internal resistance from being increased by diffusion of elements of the air electrode layer to form a reactant with the electrolyte layer. If the pores of the reaction preventive layer are large, And thus it is necessary to have a dense structure. In order to have such a dense structure, sintering should be performed at a temperature exceeding 1300 ° C. However, if sintering is performed at such a high temperature, a non-reactant reaction product is generated between the electrolyte layer and the reaction preventive layer to degrade the performance of the fuel cell. It is important to prepare an anti-reaction layer having a dense structure.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료극층, 전해질층 및 공기극층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀에 있어서, 상기 전해질층 상에 형성되고 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층, 및 상기 제1반응방지층 상에 형성되고 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 상기 제2반응방지층을 더 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀을 제공할 수 있다.Thus, according to one embodiment of the present invention, there is provided a cell for a solid oxide fuel cell comprising a fuel electrode layer, an electrolyte layer and a cathode layer, wherein the first electrode comprises a first sintering auxiliary agent which is formed on the electrolyte layer and contains 0.5 to 3 mol% And a second reaction preventive layer formed on the first reaction preventive layer and including 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent.

도 1은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 셀의 단면을 모식적으로 나타낸 도면으로, 이에 따르면, 고체산화물 연료전지용 셀은 연료극층(1), 전해질층(2) 및 공기극층(3)으로 이루어져 있으며, 상기 공기극층과 전해질층 사이에 제1, 제2 반응방지층(3, 4)이 구비된다.1 is a schematic view showing a cross section of a cell for a solid oxide fuel cell according to the present invention. According to this, a cell for a solid oxide fuel cell comprises an anode layer 1, an electrolyte layer 2 and a cathode layer 3 And the first and second reaction preventing layers 3 and 4 are provided between the cathode layer and the electrolyte layer.

상기 연료극층(1)은 연료의 전기화학반응과 전하 전달 역할을 하므로 연료극 촉매는 연료 산화 촉매물성이 아주 중요하고, 전해질층(2)을 형성하는 재료와 화학적으로 안정하고 열팽창 계수도 유사한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 연료극층의 재료로는 Ni/YSZ 복합체(ceramic-metallic composite), Ru/YSZ 서머트와 같이, Ni, Co, Ru, Pt 등의 순수 금속촉매를 포함하는 지르코니아계 금속산화물일 수 있다. 상기 연료극층은 연료가스가 잘 확산되어 들어갈 수 있도록 다공성을 가지는 것이 좋다. 또한, 연료의 전기화학반응을 촉진하기 위하여 상기 연료극층 및 전해질층 상이에 연료극 기능층을 포함할 수 있다.Since the fuel electrode layer 1 serves as an electrochemical reaction and charge transfer of the fuel, the fuel electrode catalyst is chemically stable and has a similar thermal expansion coefficient to the material forming the electrolyte layer 2, . The material of the anode layer may be a zirconia-based metal oxide including a pure metal catalyst such as Ni, Co, Ru, and Pt, such as a Ni / YSZ composite (ceramic-metallic composite) and Ru / YSZ summit. It is preferable that the fuel electrode layer has porosity so that the fuel gas can be diffused well. In addition, the fuel electrode layer and the electrolyte layer may include an anode function layer in order to promote the electrochemical reaction of the fuel.

상기 전해질층(2)은 공기와 연료가 혼합되지 않도록 치밀해야 하고 산소이온 전도도가 높고 전자전도도가 낮아야 한다. 또한, 상기 전해질층은 양쪽에 매우 큰 산소 분압차가 존재하므로 넓은 산소 분압 영역에서 위의 물성을 유지할 필요가 있다. 이러한 상기 전해질층은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 지르코니아계 금속산화물인 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 및 란타늄 갈레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The electrolyte layer 2 should be dense so that air and fuel are not mixed with each other, have high oxygen ion conductivity and low electron conductivity. In addition, since the electrolyte layer has a very large oxygen partial pressure difference on both sides, it is necessary to maintain the above properties in a wide range of oxygen partial pressure. Such an electrolyte layer is characterized by being a zirconia-based metal oxide generally used in the related art. More preferably, it may be at least one selected from the group consisting of yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), samaria-doped ceria (SDC), gadolinia doped ceria (GDC) and lanthanum gallate.

상기 제1 및 제2반응방지층(3, 4)은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 세리아계 금속산화물일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 세리아계 금속산화물은 희토류가 첨가된 것이 바람직하며, 상기 희토류는 란타넘(La), 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm) 및 가돌리늄(Gd)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 더욱 바람직하다.The first and second reaction preventing layers 3 and 4 may be ceria based metal oxides commonly used in the art. More preferably, the rare earth metals include lanthanum (La), yttrium (Y), scandium (Sc), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm) , And gadolinium (Gd).

또한, 상기 제1반응방지층(3)은 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 소결조제의 함량이 0.5 몰퍼센트 미만이면 세리아계 금속산화물와 소결조제와의 액상이 형성되지 않아 반응방지층이 치밀화되지 못하며, 3 몰퍼센트를 초과하면 넓은 면적에 균일하게 세리아를 고 함량으로 코팅하는 것이 어렵다.In addition, the first reaction preventive layer 3 preferably contains 0.5 to 3 mole percent of a sintering auxiliary agent. If the content of the sintering aid is less than 0.5 mole percent, a liquid phase of the ceria-based metal oxide and the sintering auxiliary agent is not formed and the reaction preventing layer is not densified. When the amount exceeds 3 mole percent, a large amount of ceria is uniformly coated it's difficult.

한편, 상기 제2반응방지층(4)은 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 소결조제가 10 몰퍼센트 미만으로 포함되면 세리아계 금속산화물와 소결조제와의 액상이 형성되지 않아 반응방지층이 치밀화되지 못하므로 공기극층과 전해질층(2) 간의 화학반응을 억제하지 못하고 연료전지 성능 및 안정성이 저하되며, 35 몰퍼센트를 초과하여 포함되면 세리아계 금속산화물과 소결조재와의 액상이 다량 형성되어 전해질층과의 반응층을 형성하여 연료전지의 성능을 저하하는 문제가 발생한다.On the other hand, the second reaction preventive layer 4 preferably contains 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent. If the sintering aid is contained in an amount less than 10 mol%, the liquid phase between the ceria-based metal oxide and the sintering auxiliary agent is not formed and the reaction preventive layer is not densified. Therefore, the chemical reaction between the cathode layer and the electrolyte layer 2 can not be suppressed, If it is contained in an amount exceeding 35 mole percent, a large amount of a liquid phase of the ceria-based metal oxide and the sintering additive is formed to form a reaction layer with the electrolyte layer, thereby deteriorating the performance of the fuel cell.

상기 제1 및 제2 반응방지층(3, 4)은 종래 반응방지층에 비하여 조직이 치밀하고 이온전도성이 우수하여 전해질층(2)과 공기극층(5) 사이에 배치되면 이들 간의 원소 확산을 효과적으로 방지하여 부도체 반응물 형성을 억제할 수 있다. 또한, 상기 제1, 제2 반응방지층(3, 4)은 800 내지 1300℃에서 소결되어 제조될 수 있으므로, 소결 시 제2의 상이 형성되어 전기전도도가 저감되어 셀 성능을 급격히 저하시키는 문제점을 방지할 수 있다.The first and second reaction preventing layers 3 and 4 are dense in structure and have excellent ion conductivity as compared with the conventional reaction preventing layer and are disposed between the electrolyte layer 2 and the air electrode layer 5 to effectively prevent element diffusion therebetween To inhibit the formation of the insect reactant. Also, since the first and second reaction preventing layers 3 and 4 can be manufactured by sintering at 800 to 1300 ° C, a second phase is formed during sintering to reduce the electric conductivity, can do.

상기 소결 조제는 전해질층(2) 상부에 반응방지층(3, 4)를 치밀하게 형성시킬 수 있는 소결 조제라면 특별히 제한하지 않으나, 구리, 산화구리, 코발트, 산화코발트, 칼슘, 산화칼슘, 지르코늄, 산화지르코늄, 철, 산화철, 리튬 및 산화리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.The sintering auxiliary agent is not particularly limited as long as it is a sintering auxiliary agent capable of densely forming the reaction preventing layers 3 and 4 on the electrolyte layer 2. The sintering auxiliary agent may be copper, Zirconium oxide, iron, iron oxide, lithium, and lithium oxide.

상기 공기극층(5)은 산소가스가 잘 확산되어 들어갈 수 있도록 다공성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 공기극층(5)의 재료로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 페로브스카이트 구조를 가지는 금속산화물을 사용할 수 있다. 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 금속산화물은 이온전도성과 전자전도성을 동시에 가지는 혼합전도체 물질로, 높은 산소 확산계수와 전하교환반응 속도계수를 가지고 있어 삼상계면뿐만 아니라 전극 전체의 표면에서 전기화학 반응이 일어날 수 있기 때문에 저온에서의 전극 활성이 뛰어나 고체산화물 셀의 작동온도를 낮추는데 기여할 수 있다. It is preferable that the air electrode layer 5 has porosity so that oxygen gas can be diffused therein. The material of the cathode layer 5 is not particularly limited as long as it can be generally used in the related art. For example, a metal oxide having a perovskite structure can be used. The metal oxide having the perovskite structure is a mixed conductor material having ionic conductivity and electron conductivity at the same time and has a high oxygen diffusion coefficient and a charge exchange rate coefficient so that the electrochemical reaction is performed not only at the three- The electrode activity at low temperature is excellent and can contribute to lowering the operating temperature of the solid oxide cell.

구체적으로, 상기 공기극층(5)은 페로브스카이트 구조를 가지면서, 란탄(La), 코발트(Co), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 가돌리늄(Gd), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 금속에서 선택된 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.Specifically, the air electrode layer 5 has a perovskite structure and is made of at least one of lanthanum (La), cobalt (Co), strontium (Sr), calcium (Ca), gadolinium (Gd), barium (Mg), a metal selected from titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), iron (Fe), copper (Cu) and zirconium desirable.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법을 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a cell for a solid oxide fuel cell can be provided.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법은, 연료극층(1), 및 상기 연료극층 상에 고체산화물의 전해질층(2)을 형성하는 단계, 전해질층 상에 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층용 조성물을 코팅하여 제1반응방지층(3)을 형성하는 단계, 및 상기 제1반응방지층 상에 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제2반응방지층용 조성물을 코팅하여 제2 반응방지층(4)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, a method for manufacturing a cell for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming an anode layer 1 and an electrolyte layer 2 of solid oxide on the anode layer, To 3 mole percent of a sintering auxiliary agent to form a first reaction inhibiting layer (3), and a step of forming a first reaction inhibiting layer (3) on the first reaction inhibiting layer by adding 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent And coating the second composition for a reaction prevention layer to form a second reaction prevention layer 4. [

먼저, 연료극층(1), 및 상기 연료극층 상에 고체산화물의 전해질층(2)을 형성할 수 있다. 연료극층 상에 전해질층을 박막공정을 이용하여 코팅하고, 건조하여 제조된다. 보다 바람직하게는 스크린 프린팅일 수 있다. 이때, 상기 연료극 지지체 상에 페이스트의 양을 조절하고, 균일성을 확보하기 위해서는 건조 조건을 제어하여 건조할 수 있다. 상기 전해질층을 상기 연료극 지지체 상에 코팅하기 전에 연료극 기능층을 코팅할 수 있다. 이러한 연료극 기능층의 코팅단계는 상기 전해질층을 코팅하는 단계와 동일하게 이루어진다. 이후, 연료극 기능층 또는 전해질층을 소결하여 연료극, 연료극 기능층 및 전해질층의 적층제를 형성할 수 있다.First, a fuel electrode layer 1 and an electrolyte layer 2 of solid oxide on the anode layer can be formed. Coating the electrolyte layer on the anode layer using a thin film process, and drying the electrolyte layer. More preferably, it may be screen printing. At this time, in order to control the amount of paste on the anode support and ensure uniformity, drying conditions may be controlled to dry. The anode layer may be coated with the anode layer before the electrolyte layer is coated on the anode layer support. The step of coating the anode functional layer is the same as the step of coating the electrolyte layer. Thereafter, the fuel electrode functional layer or the electrolyte layer may be sintered to form a laminate of the fuel electrode, the anode functional layer, and the electrolyte layer.

상기 제1 및 제2 반응방지층(3, 4)은 공기극층(3)과 전해질층(2) 사이에 위치하면서, 공기극층의 La 또는 Sr 등이 전해질층의 지르코니아계 금속산화물과 반응하여 La2Zr2O7 또는 SrZrO3 등과 같은 부도체 반응물을 생성하는 것을 방지할 수 있다.The first and second reaction preventing layers 3 and 4 are positioned between the air electrode layer 3 and the electrolyte layer 2 so that La or Sr of the air electrode layer reacts with the zirconia metal oxide of the electrolyte layer to form La 2 Zr 2 O 7, SrZrO 3, and the like.

종래 세리아계 금속산화물만으로 이루어진 반응방지층은 1300℃ 초과하는 온도에서 소결되어야만 치밀한 구조를 가질 수 있다. 그러나, 반응방지층은 전해질층과 접하고 있으므로 고온에서 소결하게 될 경우 전해질층과 화학반응을 일으켜 이온전도도가 낮은 반응물을 생성하는 문제가 발생한다. 상기 문제를 해결하기 위해, 1300℃ 이하의 온도에서 상기 반응방지층을 소결할 경우 소결성이 낮아 다공성 구조를 갖게 되어 공기극층과 전해질층 간의 기공을 통한 내부확산으로 반응층이 생성되어 성능이 저하되는 문제가 발생한다.The reaction preventive layer made of only the conventional ceria based metal oxide can have a dense structure only when it is sintered at a temperature exceeding 1,300 캜. However, since the reaction preventive layer is in contact with the electrolyte layer, when sintering is performed at a high temperature, a chemical reaction occurs with the electrolyte layer, thereby generating a reactant having a low ionic conductivity. In order to solve the above problem, when the reaction preventive layer is sintered at a temperature of 1300 ° C or less, the sinterability is low to have a porous structure, so that a reaction layer is formed due to internal diffusion through pores between the cathode layer and the electrolyte layer, Lt; / RTI >

따라서, 종래에는 종래에는 치밀한 막을 형성하기 위하여 스퍼터링, 펄스레이저증착(Pulsed Laser Deposition)과 같은 고진공이 필요한 고가의 증착법을 사용하였으나 이는 대량 생산성이나, 비용 절감측면에서 적절치 못하다고 할 수 있다. 또한, 치밀한 막을 형성하기 위하여 반응방지측에 소결 조제를 넣어주는 방법을 이용하였으나 0.5~3몰퍼센트의 소결 조제를 투입하면 반응방지층이 치밀하기에 부족하였으며, 10몰퍼센트 이상 투입하여도 소결성이 감소할 뿐만 아니라 이는 세리아의 이온전도도를 올리기 위해 투입되는 도판트의 함량과 비슷한 수준이어서 전도도에 영향을 주는 단점이 있다.Therefore, conventionally, in order to form a dense film, expensive deposition methods requiring high vacuum such as sputtering and pulsed laser deposition have been used, but this is not appropriate in view of mass productivity and cost reduction. In addition, although a method of adding a sintering auxiliary agent to the reaction preventing side to form a dense film was used, when the sintering auxiliary agent of 0.5 to 3 molar percent was added, the reaction preventing layer was insufficient to be dense and the sintering property was decreased even when 10 mol% In addition, it has a disadvantage that it affects the conductivity because it is similar to the dopant concentration to increase the ion conductivity of ceria.

따라서, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 상기 온도보다 낮은 온도에서 반응방지층(3, 4)을 소결하면서 치밀한 구조를 갖도록 제조하여 공기극층과 전해질층(2) 간의 반응을 효과적으로 차단하고자 한는 것이다.Accordingly, in order to solve such a problem, in the present invention, the reaction preventing layers 3 and 4 are sintered at a temperature lower than the above-mentioned temperature so as to have a dense structure to effectively block the reaction between the air electrode layer and the electrolyte layer 2 .

구체적으로, 본 발명에 따르면, 전해질층(2) 상에 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층용 조성물을 코팅하여 제1반응방지층(3)을 형성할 수 있다. 이후 상기 제1반응방지층 상에 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제2반응방지층용 조성물을 코팅하여 제2 반응방지층(4)을 형성할 수 있다.Specifically, according to the present invention, the first reaction preventing layer 3 can be formed by coating a composition for a first reaction preventing layer containing 0.5 to 3 mol% of a sintering auxiliary agent on the electrolyte layer 2. Thereafter, the second reaction preventive layer 4 may be formed on the first reaction preventive layer by coating a composition for a second reaction preventive layer containing 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent.

상기 제1 및 제2반응방지층(3, 4)을 코팅하는 방법은 스크린프린팅 공정으로 연속적으로 이루어질 수 있으며, 이로 인해, 종래에 스퍼터링 등의 방법을 이용하던 것에 비하여 공정이 간단하고 공정 운영 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.The method of coating the first and second reaction preventive layers 3 and 4 can be continuously performed by a screen printing process. Therefore, compared with a conventional method using sputtering or the like, There is an effect that can be saved.

상기 제1 및 제2반응방지층(3, 4)을 스크린프린팅 공정으로 연속적으로 코팅한 후 소결할 수 있다. 소결 온도는 800 내지 1300℃인 것이 바람직하며, 상기 소결 온도가 800℃ 미만이면 반응방지층이 충분히 소결되지 않아 다공성 구조로 형성되고 계면 접합력이 부족하며, 1300℃를 초과하면 전해질층(2)과 화학반응하여 부도체 반응물을 포함하는 반응층이 형성되어 셀의 성능을 저하시킨다.The first and second reaction preventing layers 3 and 4 may be successively coated and then sintered by a screen printing process. If the sintering temperature is less than 800 ° C, the reaction preventive layer is not sufficiently sintered to form a porous structure and the interface bonding force is insufficient. If the sintering temperature is higher than 1300 ° C, the electrolyte layer 2 and the chemical Reacted to form a reaction layer containing a non-reactant reactant, thereby deteriorating the performance of the cell.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 반응방지층(3, 4)을 소결하기 전에, 상기 제2반응방지층 상에 공기극층용 조성물을 코팅하여 공기극층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 제1반응방지층, 제2반응방지층 및 공기극층을 동시에 소결할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cathode layer may be formed by coating the composition for a cathode layer on the second reaction preventive layer before sintering the first and second reaction prevention layers 3 and 4. Thereafter, the first reaction preventing layer, the second reaction preventing layer and the air electrode layer may be simultaneously sintered.

상기 공기극층은 스크린프린팅 공정으로 코팅되는 것이 바람직하며, 이로 인해, 제1, 제2 반응방지층 및 공기극층은 스크린프린팅 공정으로 연속적으로 코팅되고 동시에 소결이 이루어질 수 있으므로 공정이 매우 간단하고 경제적인 공정이다. 이러한 공정으로 제조된 고체산화물 연료전지용 셀은 스퍼터링과 같은 고가의 고정을 이용한 셀과 동등 수준의 성능을 유지할 수 있다.Preferably, the cathode layer is coated by a screen printing process. Since the first and second reaction inhibiting layers and the cathode layer can be continuously coated and simultaneously sintered by a screen printing process, the process is very simple and economical to be. The cell for a solid oxide fuel cell manufactured by such a process can maintain the same level of performance as a cell using an expensive fixation such as sputtering.

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.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of specific examples. The following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example

(ZrO2)0.9(Y2O3)0.1으로 이루어진 전해질층이 한면에 형성된 기판을 준비하고, 상기 전해질층 상에 0.5 몰퍼센트의 산화구리(CuO, 소결조제)를 포함하는 Gd0.1Ce0.9O2(gadolinia doped ceria)를 제1반응방지층용 조성물로 스크린프린팅 법으로 코팅하여 제1반응방지층을 형성했다. 이후 상기 제1반응방지층 상에 30 몰퍼센트의 산화코발트(Mn2O3, 소결조제)를 포함하는 Gd0 . 1Ce0 . 9O2를 제2반응방지층용 조성물로 스크린프린팅 법으로 코팅하여 제2반응방지층을 형성했다. 상기 제2반응방지층 상에 La0 . 6Sr0 . 4Co0 . 2Fe0 . 8O3, Gd0 . 1Ce0 . 9O2 및 La0 . 6Sr0 . 4CoO3를 포함하는 공기극층용 조성물을 스크린프린팅 법으로 코팅하여 공기극층을 형성한 후, 상기 제1, 제2반응방지층 및 공기극층을 1000℃에서 동시에 소결하였다.(ZrO 2 ) 0.9 (Y 2 O 3 ) 0.1 was formed on the surface of the electrolyte layer, and a layer of Gd 0.1 Ce 0.9 O (0.001 mol) containing 0.5 mole percent of copper oxide (CuO, sintering auxiliary) 2 (gadolinia doped ceria) was coated with a composition for a first reaction preventing layer by a screen printing method to form a first reaction preventing layer. Since Gd 0 containing the first cobalt oxide of 30 mole percent on the reaction preventing layer (Mn 2 O 3, sintering aid). 1 Ce 0 . 9 O 2 was coated with a composition for a second reaction preventing layer by a screen printing method to form a second reaction preventing layer. On the second reaction preventive layer, La 0 . 6 Sr 0 . 4 Co 0 . 2 Fe 0 . 8 O 3 , Gd 0 . 1 Ce 0 . 9 O 2 and La 0 . 6 Sr 0 . 4 CoO 3 was coated by a screen printing method to form a cathode layer, and then the first and second reaction-preventing layers and the cathode layer were simultaneously sintered at 1000 ° C.

비교예Comparative Example

제2반응방지층을 포함하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 고체산화물 연료전지용 셀을 제조하였다.A cell for a solid oxide fuel cell was prepared in the same manner as in the above example except that the second reaction preventive layer was not included.

도 2는 실시예로부터 제조된 셀의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 3은 비교예로부터 제조된 셀의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 이에 따르면, 실시예는 제1 및 제2반응방지층이 증착된 셀의 표면이 더 치밀하게 형성되었음을 확인했으나, 비교예는 반응방지층에 기공이 형성되어 있어 치밀하지 않음을 확인했다.FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross section of a cell prepared from an embodiment, and FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross section of a cell prepared from a comparative example. According to the example, it was confirmed that the surface of the cell on which the first and second reaction preventing layers were deposited was formed more densely, but the comparative example was confirmed to be insufficient due to pores formed in the reaction preventing layer.

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 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

1 : 연료극층
2 : 전해질층
3 : 제1반응방지층
4 : 제2반응방지층
5 : 공기극층
1: anode layer
2: electrolyte layer
3: First reaction preventive layer
4: Second reaction preventive layer
5: cathode layer

Claims (11)

연료극층, 전해질층 및 공기극층을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀에 있어서,
상기 전해질층 상에 형성되고 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층; 및
상기 제1반응방지층 상에 형성되고 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 상기 제2반응방지층을 더 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀.
1. A cell for a solid oxide fuel cell comprising an anode layer, an electrolyte layer and a cathode layer,
A first reaction preventive layer formed on the electrolyte layer and comprising 0.5 to 3 mole percent of a sintering auxiliary agent; And
And a second reaction preventive layer formed on the first reaction preventive layer and including 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent.
제1항에 있어서,
상기 전해질층은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 및 란타늄 갈레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 고체산화물 연료전지용 셀.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte layer comprises at least one solid oxide fuel selected from the group consisting of yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), samaria doped ceria (SDC), gadolinia doped ceria (GDC) and lanthanum gallate Battery cell.
제1항에 있어서,
상기 공기극층은 페로브스카이트 구조를 가지면서, 란탄(La), 코발트(Co), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 가돌리늄(Gd), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 금속에서 선택된 2종 이상을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀.
The method according to claim 1,
The cathode layer has a perovskite structure and is composed of lanthanum (La), cobalt (Co), strontium (Sr), calcium (Ca), gadolinium (Gd), barium (Ba), magnesium (Mg) And at least two metals selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Ni, Fe, Cu and Zr.
제1항에 있어서,
상기 제1반응방지층 및 제2반응방지층은 세리아계 금속 산화물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀.
The method according to claim 1,
Wherein the first reaction preventing layer and the second reaction preventing layer comprise a ceria based metal oxide.
제4항에 있어서,
상기 세리아계 금속 산화물은 희토류가 첨가된 고체산화물 연료전지용 셀.
5. The method of claim 4,
Wherein the ceria-based metal oxide is a rare earth-doped solid oxide fuel cell.
제1항에 있어서,
상기 소결 조제는 구리, 산화구리, 코발트, 산화코발트, 칼슘, 산화칼슘, 지르코늄, 산화지르코늄, 철, 산화철, 리튬 및 산화리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 고체산화물 연료전지용 셀.
The method according to claim 1,
Wherein the sintering aid is at least one selected from the group consisting of copper, copper oxide, cobalt, cobalt oxide, calcium, calcium oxide, zirconium, zirconium oxide, iron, iron oxide, lithium and lithium oxide.
연료극층, 및 상기 연료극층 상에 고체산화물의 전해질층을 형성하는 단계;
전해질층 상에 0.5 내지 3 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제1반응방지층용 조성물을 코팅하여 제1반응방지층을 형성하는 단계; 및
상기 제1반응방지층 상에 10 내지 35 몰퍼센트의 소결조제를 포함하는 제2반응방지층용 조성물을 코팅하여 제2 반응방지층을 형성하는 단계를 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법.
Forming an anode layer, and an electrolyte layer of solid oxide on the anode layer;
Coating a first anti-reaction layer composition comprising 0.5 to 3 mole percent of a sintering aid on the electrolyte layer to form a first anti-reaction layer; And
And forming a second reaction preventing layer by coating a composition for a second reaction preventing layer containing 10 to 35 mole percent of a sintering auxiliary agent on the first reaction preventing layer.
제7항에 있어서,
상기 제1반응방지층 및 제2반응방지층을 소결하는 단계를 더 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법.
8. The method of claim 7,
And sintering the first reaction preventive layer and the second reaction preventive layer.
제7항에 있어서,
상기 제2반응방지층 상에 공기극층용 조성물을 코팅하여 공기극층을 형성하는 단계; 및
상기 제1반응방지층, 제2반응방지층 및 공기극층을 소결하는 단계를 더 포함하는 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법.
8. The method of claim 7,
Coating a composition for a cathode layer on the second reaction preventive layer to form a cathode layer; And
And sintering the first reaction preventive layer, the second reaction preventive layer, and the air electrode layer.
제7항 또는 제9항에 있어서,
상기 코팅은 스크린프린팅 공정으로 연속적으로 이루어지는 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법.
10. The method according to claim 7 or 9,
Wherein the coating is continuous with a screen printing process.
제8항 또는 제9항에 있어서,
소결 온도는 800 내지 1300℃인 고체산화물 연료전지용 셀 제조방법.
10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the sintering temperature is 800 to 1300 ° C.
KR1020150186045A 2015-12-24 2015-12-24 Cell for solid oxid fuel cell comprising reaction preventing layer and method for manufacturing the same KR20170076143A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186045A KR20170076143A (en) 2015-12-24 2015-12-24 Cell for solid oxid fuel cell comprising reaction preventing layer and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186045A KR20170076143A (en) 2015-12-24 2015-12-24 Cell for solid oxid fuel cell comprising reaction preventing layer and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170076143A true KR20170076143A (en) 2017-07-04

Family

ID=59356777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150186045A KR20170076143A (en) 2015-12-24 2015-12-24 Cell for solid oxid fuel cell comprising reaction preventing layer and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170076143A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2001284851B2 (en) Integrated sofc
JP5213589B2 (en) Metal-supported solid oxide fuel cell
JP5208518B2 (en) Method for producing a reversible solid oxide fuel cell
US11817589B2 (en) Solid oxide fuel cells with cathode functional layers
AU2001284851A1 (en) Integrated sofc
KR20100072229A (en) Removal of impurity phases from electrochemical devices
US8337939B2 (en) Method of processing a ceramic layer and related articles
KR20140057080A (en) Cathode for solid oxide fuel cell, method for preparing the same and solid oxide fuel cell including the same
US10256474B2 (en) Cathode composition, cathode and fuel cell including same
KR102080961B1 (en) Air electrode structure, fuel cell comprising the same, battery module comprising the fuel cell and method of manufacturing the air electrode structure
JP4524791B2 (en) Solid oxide fuel cell
KR20120140476A (en) Material for solid oxide fuel cell, cathode including the material and solid oxide fuel cell including the material
US20080299436A1 (en) Composite ceramic electrolyte structure and method of forming; and related articles
KR20160140496A (en) Oxide particle, air electrode comprising the same and fuel cell comprising the same
JP5550223B2 (en) Ceramic electrolyte processing method and related products
KR102186600B1 (en) Electrolyte for solid oxide fuel cell, solid oxide fuel cell and method of preparing solid oxide fuel cell
KR20170076143A (en) Cell for solid oxid fuel cell comprising reaction preventing layer and method for manufacturing the same
KR101927306B1 (en) Oxide particle, electrode comprising the same and fuel cell comprising the electrode
KR101346205B1 (en) Forming method of air electrodes for solid oxide fuel cells
KR20090061789A (en) The manufacturing method of solid oxide fuel cell with cgo coating layer
Lee et al. Ce 0.8 Sm 0.2 O 2 Sol-gel Modification on La 0.8 Sr 0.2 Mn 0.8 Cu 0.2 O 3 Cathode for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell
KR20240047293A (en) Composition for buffer layer of solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell containing the same
KR20180120392A (en) Solid Oxide Fuel Cell comprising reduction-prevention layer

Legal Events

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