KR20180027919A - 고체산화물연료전지의 제조방법 - Google Patents

고체산화물연료전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전해질층과 상기 전해질층의 일측면에 형성되는 연료극을 포함하는 예비단위셀을 제공하는 단계; 발포체와 상기 발포체의 테두리에 배치된 프레임을 포함하는 지지체 부재를 제공하는 단계; 상기 예비단위셀과 상기 금속지지체를 접합하는 접합단계; 상기 예비단위셀이 접합된 상기 지지체 부재를 가스확산유로를 구비하는 분리판에 부착하는 부착단계; 및 상기 전해질층의 타측면에 공기극을 형성하기 위한 코팅층을 도포하는 단계;를 포함하여 수행함으로써 구현된 구조체를 코팅층 소결 온도에 이르게 하여 상기 코팅층이 공기극으로 소결되는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지의 제조방법을 제공한다.

Description

고체산화물연료전지의 제조방법{Method of fabricating solid oxidefuelcell}
본 발명은 연료전지의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고성능 고체산화물연료전지의 제조방법에 관한 것이다.
공기극에 산소가 공급되고 연료극에 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산하는 연료전지는 그 전해질 종류에 따라 인산 연료전지, 용융 탄산염 연료전지, 고체산화물연료전지, 고분자 전해질 연료전지, 메탄올 연료전지, 알칼리 연료전지 등이 실용화되었거나 계획 중에 있다.
이러한 연료전지들은 그 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 알맞은 연료전지를 선택할 수 있으며, 이 중에서도 상기 고체산화물연료전지는 상대적으로 전해질의 위치제어가 쉽고, 전해질의 위치가 고정되어 있어서 전해질 고갈의 위험성이 없으며, 부식에 대한 저항성이 강해 소재의 수명이 길다는 장점, 고온작동에 따른 발전효율이 높은 장점, 사용할 수 있는 연료의 다양성에 따른 높은 경제성으로 인하여 분산 발전용, 상업용 및 가정용으로서 각광을 받고 있다.
고체산화물연료전지는 연료극에 공급되는 연료가스 및 공기극에 공급되는 공기가 정해진 경로를 통해서만 이동되어야 하는데, 이러한 가스들이 섞이거나 밖으로 누출될 경우에 전지 성능이 급격히 저하되므로 상당히 높은 수준의 밀봉 기술이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 가스확산의 저항을 최소화하고 연료가스 및 공기가 누출되거나 반응 이전에 혼합되지 않도록 확실한 밀봉을 구현함으로써 에너지 생산 효율을 높이고 내구성이 우수한 고성능의 고체산화물연료전지 및 그 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 고체산화물연료전지의 제조방법을 제공한다. 상기 고체산화물연료전지의 제조방법은 전해질층과 상기 전해질층의 일측면에 형성되는 연료극을 포함하는 예비단위셀을 제공하는 단계; 발포체와 상기 발포체의 테두리에 배치된 프레임을 포함하는 지지체 부재를 제공하는 단계; 상기 예비단위셀과 상기 금속지지체를 접합하는 접합단계; 상기 예비단위셀이 접합된 상기 지지체 부재를 가스확산유로를 구비하는 분리판에 부착하는 부착단계; 및 상기 전해질층의 타측면에 공기극을 형성하기 위한 코팅층을 도포하는 단계;를 포함하여 수행함으로써 구현된 구조체를 코팅층 소결 온도에 이르게 하여 상기 코팅층이 공기극으로 소결되는 것을 특징으로 한다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 코팅층 소결 온도는 상기 고체산화물연료전지의 작동으로 발생되는 전기화학반응열에 의하여 도달하는 온도이며, 상기 공기극은 상기 코팅층으로부터 인시츄(in-situ) 소결 공정으로 형성될 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 코팅층은 페로브스카이트(perovskite) 입자를 포함할 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 접합단계는 상기 단위셀과 상기 발포체를 접합하는 단계를 포함하고, 상기 부착단계는 상기 프레임을 상기 분리판 중에서 상기 가스확산유로를 제외한 나머지 영역의 적어도 일부에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 부착단계는 브레이징 공정을 통하여 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 부착단계는 용접 공정을 통하여 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 부착단계는 상기 발포체가 상기 가스확산유로와 상기 단위셀 사이에서 가스가 이동할 수 있는 경로를 제공하도록 상기 가스확산유로와 상기 단위셀 사이에 상기 발포체를 개재하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 분리판은 상기 가스확산유로를 구비하는 상부 분리판과 하부 분리판을 포함하되, 상기 부착단계는 상기 단위셀이 접합된 상기 지지체 부재를 상기 상부 분리판 및 상기 하부 분리판 중 적어도 어느 하나의 분리판에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법에서, 상기 부착단계는 상기 지지체 부재를 상기 상부 분리판 및 상기 하부 분리판 중 적어도 어느 하나의 분리판 내에 삽입하여 안착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고체산화물연료전지의 제조방법은 상기 접합단계와 상기 부착단계 사이에 상기 단위셀의 테두리에 실런트(sealant)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 가스확산의 저항을 최소화하고 연료가스 및 공기가 누출되거나 반응 이전에 혼합되지 않도록 확실한 밀봉을 구현함으로써 에너지 생산 효율을 높이고 내구성이 우수한 고체산화물연료전지를 경제적으로 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지를 제조과정을 예시적으로 도해하는 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지의 제조방법에서 예비단위셀이 접합된 지지체 부재를 가스확산유로를 구비하는 분리판에 부착하는 단계를 도해하는 단면도이다.
도 3b는 도 3a에서 예비단위셀이 접합된 금속지지체 부재의 일부를 확대하여 도해하는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지의 제조방법에서 예비단위셀 상에 공기극을 형성하기 위한 코팅층을 도포하는 단계를 도해하는 단면도이다.
도 4b는 도 4a에서 코팅층이 도포된 예비단위셀과 금속지지체 부재의 일부를 확대하여 도해하는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지의 제조방법에서 고체산화물연료전지의 작동으로 발생되는 전기화학반응열에 의하여 코팅층이 공기극으로 소결되는 단계를 도해하는 단면도이다.
도 5b는 도 5a에서 공기극을 포함하는 단위셀과 금속지지체 부재의 일부를 확대하여 도해하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 고체산화물연료전지의 구성을 분해하여 도해하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐서, 층, 부재 또는 영역과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지의 제조방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지를 제조과정을 예시적으로 도해하는 사시도이고, 도 3a 및 도 3b는 예비단위셀이 접합된 금속지지체 부재를 가스확산유로를 구비하는 분리판에 부착하는 단계를 도해하는 단면도들이며, 도 4a 및 도 4b는 예비단위셀 상에 공기극을 형성하기 위한 코팅층을 도포하는 단계를 도해하는 단면도들이며, 도 5a 및 도 5b는 고체산화물연료전지의 작동으로 발생되는 전기화학반응열에 의하여 코팅층이 공기극으로 소결되는 단계를 도해하는 단면도들이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지의 제조방법은 전해질층(111)과 전해질층(111)의 일측면에 형성되는 연료극(112)을 포함하는 예비단위셀(110a)을 제공하는 단계(S100); 발포금속체(124)와 발포금속체(124)의 테두리에 배치된 금속프레임(126)을 포함하는 금속지지체 부재(120)를 제공하는 단계(S200); 예비단위셀(110a)과 금속지지체 부재(120)를 접합하는 접합단계(S300); 예비단위셀(110a)이 접합된 금속지지체 부재(120)를 가스확산유로(132a)를 구비하는 분리판(130a)에 부착하는 부착단계(S400); 전해질층(111)의 타측면에 공기극을 형성하기 위한 코팅층(113)을 도포하는 단계(S500); 및 상술한 단계들을 포함하여 수행함으로써 구현된 구조체를 코팅층 소결 온도(T)에 이르게 하여 코팅층(113)이 공기극(114)으로 소결되는 단계(S600);를 포함한다. 여기에서, 예비단위셀(110a)을 제공하는 단계(S100)와 금속지지체 부재(120)를 제공하는 단계(S200)의 수행 순서는 도 1에 도시된 예시적인 순서에 한정되지 않으며, 역순으로 수행할 수도 있다.
코팅층 소결 온도(T)는 고체산화물연료전지의 작동으로 발생되는 전기화학반응열에 의하여 도달하는 온도이며, 예를 들어, 800℃ 내지 1000℃일 수 있다. 이 경우, 공기극(114)은 코팅층(113)으로부터 인시츄(in-situ) 소결 공정으로 형성된다. 공기극을 형성하기 위한 코팅층(113)을 접합단계(S300) 및/또는 부착단계(S400) 이후에 도포하며, 고체산화물연료전지의 구조체를 구현한 후에 고체산화물연료전지의 작동으로 발생되는 전기화학반응열에 의하여 도달하는 온도에서 코팅층(113)을 소결하여 공기극(114)을 인시츄 공정으로 구현하는 것이 본 발명의 하나의 특징이다.
예비단위셀(110a)은 전해질층(111)과 전해질층(111)의 일측면에 형성되는 연료극(112)으로 이루어진다. 예를 들어, 전해질층(111)은 산화지르코늄, 세리아, 또는 YSZ(yttria-stabilized zirconia)를 포함할 수 있으며, 연료극(112)은 Ni-YSZ 합금(cermet)을 포함할 수 있다.
금속지지체 부재(120)는 발포금속체(124)와 발포금속체(124)의 테두리에 배치된 금속프레임(126)을 포함한다. 발포금속체(124)는, 예를 들어, 발포알루미늄 또는 발포마그네슘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 발포알루미늄은 내부에 많은 기공을 가진 금속 소재로서 밀도가 0.2 내지 0.4 g/cm3 로서 알루미늄의 1/10, 철의 1/30 정도로 매우 가벼운 재료이며, 다공성 구조체이다. 한편, 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 발포금속체(124)는 금속 폼(foam)으로 대체될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지에서는, 예시적으로, 프레임(126), 발포체(124) 및 프레임(126)의 재질을 금속으로 상정하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 프레임(126), 발포체(124) 및 프레임(126)의 재질은 금속 외의 다른 재질을 포함할 수도 있다.
발포금속체(124)는 가스확산유로(132a)와 단위셀(110) 사이에서 가스가 이동할 수 있는 경로(124b)를 제공할 수 있다. 발포금속체(124)를 통과하는 가스는 연료극(112)으로 공급되는 연료가스, 공기극(113)으로 공급되는 공기(산소)를 포함할 수 있으며, 나아가, 단위셀(110)에서 생성되는 가스를 포함할 수도 있다. 발포금속체(124) 내에 형성된 경로(124b)는 가스확산유로(132a)와 단위셀(110) 사이에서 서로 랜덤하게 이어진 네트워크망을 형성할 수 있다. 발포금속체(124)에 대한 추가적인 설명은 도 5a를 참조하여 후술한다.
도 2의 (a)와 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 예비단위셀(110a)은 발포금속체(124)와 접합될 수 있다. 예를 들어, 예비단위셀(110a)과 금속지지체 부재(120)의 결합은 단위셀(110)과 금속지지체 부재(120) 사이에 접합재가 도포된 후 소결 접합 될 수 있으며, 상기 소결 온도는, 예를 들어, 1000℃ 내지 1500 ℃일 수 있으며, 상기 접합재 및 소결을 이용한 방법 외에도 물리적 혹은 화학적인 다른 접합 방법을 이용하여 결합될 수도 있다. 예컨대, 용접 공정이나 브레이징 공정을 이용하여접합될 수 있다.
도 2의 (b)와 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 예비단위셀(110a)이 접합된 금속지지체 부재(120)는 가스확산유로(132a)를 구비하는 분리판(130a) 상에 안착된다. 나아가, 금속프레임(126)은 가스가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여 분리판(130a)과 부착될 수 있다. 예를 들어, 금속프레임(126)은 분리판(130a) 중에서 가스확산유로(132a)를 제외한 나머지 영역의 적어도 일부에 부착될 수 있다. 상기 부착은 용접 공정, 브레이징 공정 등을 이용하여 수행할 수 있다.
밀봉성을 개선하기 위하여, 금속프레임(126)은 발포금속체(124)를 둘러싸면서 분리판(130a)과 접합된 연결구조체일 수 있다. 한편, 분리판(130a)은 금속지지체 부재(120)가 삽입되어 안착될 수 있는 오목부(131)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 금속프레임(126)은 발포금속체(124)을 둘러싸면서 오목부(131)의 바닥면과 접합된 연결구조체일 수 있다.
도 2의 (c)와 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 예비단위셀(110a)을 구성하는 전해질층(111)의 타측면에 공기극을 형성하기 위한 코팅층(113)을 형성한다. 이로써 예비단위셀(110b)은 전해질층(111)과 전해질층(111)의 양측면에 각각 형성된 연료극(112)과 코팅층(113)으로 포함할 수 있다. 코팅층은, 예를 들어, 페로브스카이트(perovskite) 입자를 포함할 수 있다. 공기극을 형성하기 위한 코팅층(113)을 형성하는 단계는 접합단계(S300)나 부착단계(S400) 이후에 수행할 수 있다. 본 발명에서 설명하는 코팅층은 액상의 물질을 도포하는 코팅 공정으로 형성된 물질층 뿐만 아니라 분말 입자를 열 스프레이(thermal spray) 방식으로 도포하여 구현된 물질층을 의미할 수도 있다. 나아가, 상기 코팅층은 지금까지 알려진 임의의 공정으로 구현된 물질층으로 대체될 수도 있다.
예비단위셀(110b)의 상부에 절연부재(140)와 제 2 분리판(130b)을 배치하고 결합하여 고체산화물연료전지 구조체(105)를 구성할 수 있다. 절연부재(140)는 제 1 분리판(130a)과 제 2 분리판(130b) 사이에 개재될 수 있다. 도 4a를 참조하면, 금속지지체 부재(120)에 접합된 예비단위셀(110b)의 테두리에 실링을 위하여 실런트(129, sealant)를 형성할 수 있다. 실런트(129)는 세라믹 실런트, 금속 실런트(브레이징) 물질 등을 포함할 수 있다. 실런트(129)는 고체산화물연료전지의 연료극(112)에서 수소가 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
절연부재(140)는 바디부의 적어도 일부가 금속지지체 부재(120) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연부재(140)의 바디부의 적어도 일부는 금속프레임(126) 상에 배치될 수 있다. 절연부재(140)는 단위셀(110)의 테두리를 둘러싸도록 중앙에 개구부(142)를 포함할 수 있다. 실런트(129)는 단위셀(110)과 절연부재(140) 사이의 공간을 채워 실링을 완성할 수도 있다.
절연부재(140)는 컴프레시브 실(compressive seal)로 이해될 수 있는 바, 공기가 외부로 새어나가는 것과 수소가 외부로 새어나가는 것을 방지할 수 있고 공기와 수소가 섞이지 않게 하는 중요한 역할을 수행할 수 있다. 절연부재(140)는 마이카(운모, mica) 또는 하이브리드 마이카(hybrid mica)의 물질을 포함할 수 있다. 또는, 절연부재(140)는 금속 물질을 포함할 수도 있다.
절연부재(140)는 고체산화물연료전지 내부에 틈이 형성되지 않도록 그 높이를 포함하여 형태가 조절될 수 있다. 예를 들어, 제 1 분리판(130a)은 금속지지체 부재(120)가 삽입되어 안착될 수 있는 오목부를 포함할 수 있고, 예비단위셀(110b)이 제 1 분리판(130a)의 상부면으로부터 돌출되는 경우, 절연부재(140)의 높이는 예비단위셀(110b) 및 집전부재(170)의 구성과 동일한 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 절연부재(140)가 판 형태로 형성되는 경우에, 제 1 분리판(130a)과 제 2 분리판(130b)의 조립 시에 절연부재(140)가 함께 고정될 수 있도록 제 1 분리판(130a)과 제 2 분리판(130b)의 고정부(133)와 대응되는 위치에 절연부재(140)의 고정부(141)가 형성될 수 있다.
앞에서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지에서는 금속지지체 부재(120)가 단위셀(110)의 일측면(연료극(112)이 배치되는 면) 상에 배치되는 경우를 설명하였으나, 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 고체산화물연료전지에서는 금속지지체 부재(120)가 단위셀(110)의 타측면 상에 배치될 수도 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 공기극을 형성하기 위한 코팅층(113)을 소결하여 공기극(114)을 형성함으로써 단위셀(110c)을 구현한다.
코팅층(113)이 소결되어 구현된 공기극(114)은, 예를 들어, 페로브스카이트(perovskite) 구조의 물질을 포함할 수 있다. ABO3로 표현되는 페로브스카이트 구조는 'A' 자리에 희토류원소와 알카라인희토류, 알카라인, 또는 다른 이온 반경의 큰 원소들이 위치하며, 'B' 자리에는 원자반경이 작은 전이금속이 치환돼 있고 산소 이온에 의해 8면체를 이루는 구조이다.
이외에도, 공기극(114)은, 예를 들어, 이중층 페로브스카이트 구조의 물질을 포함할 수 있다. 이중층 페로브스카이트 구조는 상술한 페로브스카이트 구조의 A자리에 이온반경이 큰 원자를 일부 치환함으로써 원자 크기의 차이로 인해 규칙적으로 층이 만들어지는 구조이다.
공기극(114)을 구현하기 위한 코팅층 소결 온도(T)는 고체산화물연료전지의 작동으로 발생되는 전기화학반응열에 의하여 도달하는 온도이며, 예를 들어, 800℃ 내지 1000℃일 수 있다. 이 경우, 공기극(114)은 코팅층(113)으로부터 인시츄(in-situ) 소결 공정으로 형성된다.
한편, 도 5에 도시된 본 발명의 고체산화물연료전지에서 분리판(130a, 130b)은 단위셀 및 집전체를 지지함과 동시에 가스확산유로(132a, 132b)가 형성되어 연료가스 및 공기(산소)가 이동하는 통로를 제공한다. 고체산화물연료전지는, 예를 들어, 공기극에 산소가 공급되고, 연료극에 수소가 공급될 수 있으며, 이 경우 반응은 하기의 식을 따른다.
연료극 반응 : 2H2 + 2O2- → 2H2O + 4e-
공기극 반응 : O2 + 4e- → 2O2-
금속지지체 부재(120)는 단위셀(110)과 분리판(130a) 사이에 개재되어 집전부재의 기능도 수행할 수 있다.
발포금속체(124)는 가스확산유로(132a)와 단위셀(110) 사이에서 가스가 이동할 수 있는 경로(124b)를 제공할 수 있다. 발포금속체(124)를 통과하는 가스는 연료극(112)으로 공급되는 연료가스, 공기극(113)으로 공급되는 공기(산소)를 포함할 수 있으며, 나아가, 단위셀(110)에서 생성되는 가스를 포함할 수도 있다.
발포금속체(124) 내에 형성된 경로(124b)는 가스확산유로(132a)와 단위셀(110) 사이에서 서로 랜덤하게 이어진 네트워크망을 형성할 수 있다.
도 5a에서 발포금속체(124)를 확대한 단면을 살펴보면, 분리판(130a)과 대면하는 단위셀(110)의 표면과 나란한 발포금속체(124)의 횡단면에서 가스가 이동할 수 있는 경로(124b)가 차지하는 비율은 경로(124b)를 한정하는 격벽(124a)이 차지하는 비율보다 더 클 수 있으며, 이에 따라, 가스확산의 저항을 최소화할 수 있다. 발포금속체(124)의 기공률은 5% 내지 95%의 범위를 가질 수 있다.
한편, 상기 네트워크망을 구성하는 경로(124b)의 적어도 일부의 방향은 분리판(130a)과 대면하는 단위셀(110)의 표면과 나란한 벡터성분을 가질 수 있으며, 이에 따라, 단위셀(110)로 가스가 이동할 수 있는 통로를 가스확산유로(132a)에 정확하게 정렬하지 않아도 되며 단위셀(110)에 가스를 균일하게 제공할 수 있는 유리한 장점을 가질 수 있다.
이와 비교하여, 본 발명의 비교예에 따른 고체산화물연료전지의 구성을 도해하는 도 6을 참조한다. 도 6에 도시된 구성요소와 도 4a에 구성요소가 동일한 경우는 이에 대한 설명을 생략한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 분리판(230a)과 도 4a에 도시된 분리판(130a)은 동일하므로 이에 대한 설명은 상술한 내용을 참조할 수 있다.
지지체 부재(223)는 바디부(221) 내에 수직으로 관통하는 관통홀(222)을 구비할 수 있다. 이 경우, 단위셀(210)로 가스가 이동할 수 있는 통로를 확보하기 위하여 관통홀(222)과 가스확산유로(232a)를 정확하게 얼라인(align)해야 하는 공정 상의 부담을 가지며, 만일 부정확하게 정렬될 경우 가스확산의 저항이 커지며 에너지 생산 효율이 저하되는 문제점이 나타날 수 있다.
또한, 관통홀(222)과 가스확산유로(232a)를 정확하게 얼라인하는 경우, 지지체 부재(123)의 횡단면에서 관통홀(222)이 차지하는 비율이 바디부(221)가 차지하는 비율보다 상대적으로 더 작아지므로, 이에 따라, 가스확산의 저항이 상대적으로 더 커지는 문제점도 수반할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 비교예에서는, 상술한 접합단계(S300) 및 부착단계(S400) 이전에 공기극을 구비하는 단위셀(210d)을 형성하여야 하는바, 본 발명과 달리, 공기극을 형성하기 위하여 고열(800℃ 내지 1000℃)의 소결 공정을 별도로 먼저 수행하여야 하는 단점이 있다. 이에 반하여, 본 발명에서는, 공기극을 형성하기 위한 소결 공정을 별도로 수행하지 않고 고체산화물연료전지의 동작으로 발생되는 전기화학반응열을 이용하여 인시츄 공정으로 소결하므로 공정 단축과 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 전해질층과 상기 전해질층의 일측면에 형성되는 연료극을 포함하는 예비단위셀을 제공하는 단계;
    발포체와 상기 발포체의 테두리에 배치된 프레임을 포함하는 지지체 부재를 제공하는 단계;
    상기 예비단위셀과 상기 금속지지체를 접합하는 접합단계;
    상기 예비단위셀이 접합된 상기 지지체 부재를 가스확산유로를 구비하는 분리판에 부착하는 부착단계; 및
    상기 전해질층의 타측면에 공기극을 형성하기 위한 코팅층을 도포하는 단계;
    를 포함하여 수행함으로써 구현된 구조체를 코팅층 소결 온도에 이르게 하여 상기 코팅층이 공기극으로 소결되는 것을 특징으로 하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층 소결 온도는 상기 고체산화물연료전지의 작동으로 발생되는 전기화학반응열에 의하여 도달하는 온도이며, 상기 공기극은 상기 코팅층으로부터 인시츄(in-situ) 소결 공정으로 형성되는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 페로브스카이트(perovskite) 입자를 포함하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합단계는 상기 단위셀과 상기 발포체를 접합하는 단계를 포함하고, 상기 부착단계는 상기 프레임을 상기 분리판 중에서 상기 가스확산유로를 제외한 나머지 영역의 적어도 일부에 부착하는 단계를 포함하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 부착단계는 브레이징 공정 또는 용접 공정을 통하여 부착하는 단계를 포함하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부착단계는 상기 발포체가 상기 가스확산유로와 상기 단위셀 사이에서 가스가 이동할 수 있는 경로를 제공하도록 상기 가스확산유로와 상기 단위셀 사이에 상기 발포체를 개재하는 단계를 포함하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리판은 상기 가스확산유로를 구비하는 상부 분리판과 하부 분리판을 포함하되, 상기 부착단계는 상기 단위셀이 접합된 상기 지지체 부재를 상기 상부 분리판 및 상기 하부 분리판 중 적어도 어느 하나의 분리판에 부착하는 단계를 포함하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부착단계는 상기 지지체 부재를 상기 상부 분리판 및 상기 하부 분리판 중 적어도 어느 하나의 분리판 내에 삽입하여 안착하는 단계를 포함하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합단계와 상기 부착단계 사이에 상기 단위셀의 테두리에 실런트(sealant)를 형성하는 단계를 더 포함하는, 고체산화물연료전지의 제조방법.

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