KR20180028250A - 고체 산화물형 연료전지용 금속 산화물의 분급장치 - Google Patents

고체 산화물형 연료전지용 금속 산화물의 분급장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 고체 산화물형 연료전지용 금속 산화물의 분급장치에 관한 것이다.

Description

고체 산화물형 연료전지용 금속 산화물의 분급장치{CLASSIFIER OF METAL OXIDE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL}
본 명세서는 고체 산화물형 연료전지용 금속 산화물의 분급장치에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목받고 있다.
연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.
연료전지에는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등이 있다.
한편, 연료전지의 공기극의 원리를 응용하여 금속 이차 전지의 캐소드를 공기극으로 제조하는 금속 공기 이차 전지에 대한 연구도 필요하다.
대한민국 특허공개 제 2003-0045324 호 (2003.06.11 공개)
본 명세서는 고체 산화물형 연료전지용 금속 산화물의 분급장치를 제공하고자 한다.
본 명세서는 개구부를 갖고 내부가 비어 있는 본체; 상기 본체의 내부에 삽입되어 금속 산화물을 분급하는 체; 상기 본체의 개구부를 덮도록 상기 본체에 체결되는 뚜껑; 및 상기 뚜껑의 내측에 구비된 열선 및 흡습제 중 적어도 하나를 포함하는 SOFC용 금속 산화물의 분급장치를 제공한다.
본 명세서에 따른 분급장치를 이용하여, SOFC용 금속 산화물의 분급하는 공정에서 발생하는 분말끼리의 뭉침현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 제1 실시상태에 따른 분급장치의 분리 사시도이다.
도 2는 본 명세서의 제2 실시상태에 따른 분급장치의 결합 사시도이다.
도 3은 본 명세서의 제2 실시상태에 따른 분급장치의 수직 단면도이다.
도 4는 본 명세서의 제2 실시상태에 따른 분급장치의 흡습제의 삽입 위치를 나타낸다.
도 5는 본 명세서의 제3 실시상태에 따른 분급장치의 결합 사시도이다.
도 6은 본 명세서의 제4 실시상태에 따른 체의 수직 단면도이다.
도 7은 실시예와 비교예의 분급장치 및 이로 분급된 분말을 나타낸 사진이다.
도 8은 실시예로 분급된 분말(상)과 분급 후 체에 남은 분말(하)을 촬영한 사진이다.
도 9는 비교예로 분급된 분말(상)과 분급 후 체에 남은 분말(하)을 촬영한 사진이다.
이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서는 개구부를 갖고 내부가 비어 있는 본체; 상기 본체의 내부에 삽입되어 금속 산화물을 분급하는 체; 상기 본체의 개구부를 덮도록 상기 본체에 체결되는 뚜껑; 및 상기 뚜껑의 내측에 구비된 열선 및 흡습제 중 적어도 하나를 포함하는 SOFC용 금속 산화물의 분급장치를 제공한다.
도 1를 바탕으로 설명하면, SOFC용 금속 산화물의 분급장치는 개구부를 갖고 내부가 비어 있는 본체(100); 상기 본체의 내부에 삽입되어 금속 산화물을 분급하는 체(200); 상기 본체의 개구부를 덮도록 상기 본체에 체결되는 뚜껑(300); 및 상기 뚜껑의 내측에 구비된 열선 및 흡습제 중 적어도 하나(400)를 포함할 수 있다.
상기 분급장치는 알칼리토금속 산화물, 란탄족 금속산화물, 전이금속 산화물, 비스무스 산화물 및 이들 중 선택된 2 이상의 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 분급할 수 있다.
상기 분급장치는 Ca계 산화물, Sr계 산화물, Ba계 산화물, Sc계 산화물, Y계 산화물, La계 산화물, Ce계 산화물, Pr계 산화물, Nd계 산화물, Sm계 산화물, Gd계 산화물, Mn계 산화물, Fe계 산화물, Co계 산화물, Ni계 산화물, Cu계 산화물, Bi계 산화물 및 이들 중 선택된 2 이상의 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 분급분급할 수 있다.
상기 분급장치는 La계 산화물, Sr계 산화물, Ba계 산화물, Co계 산화물, Fe계 산화물 및 Bi계 산화물 중 중 선택된 2 이상의 복합금속 산화물을 분급할 수 있다.
상기 분급장치는 SOFC용 금속 산화물을 분급할 수 있으며, SOFC용 금속 산화물이라면 특별히 한정하지 않으나, 특히 SOFC 공기극용 금속 산화물을 분급할 수 있다.
상기 본체는 개구부를 갖고 내부가 비어 있다면 특별히 한정하지 않으나, 상기 본체는 원통형, 단면이 다각형인 기둥형일 수 있다.
상기 본체의 재질은 특별히 한정하지 않으나, 금속, 플라스틱 또는 유리 등일 수 있다. 상기 본체의 재질은 금속인 것이 바람직하다.
상기 본체의 개구부 측에는 본체의 개구부를 덮도록 뚜껑과 체결되는 체결수단이 구비되어 있을 수 있다.
상기 체결수단은 특별히 한정하지 않으나, 본체의 개구부측 단면이 상기 뚜껑의 단면보다 좁아 본체의 개구부측 단부로부터 일부가 뚜껑의 내부로 삽입되어 체결될 수 있다. 이때, 뚜껑의 내부로 삽입되는 본체의 개구부측 단부로부터의 높이는 뚜껑의 높이 또는 뚜껑의 내측에 구비된 돌기의 위치에 따라 결정될 수 있다.
상기 본체의 내측 바닥에는 체에 의해 분급된 분말이 퇴적될 수 있다.
상기 체는 본체의 내부에 삽입되어 체의 구멍 크기에 따라 금속 산화물 입자를 분급할 수 있다. 본체의 내부에 상기 체의 전체 또는 일부가 삽입될 수 있다.
본체의 내부에 삽입된 체는 필요에 따라 본체로부터 분리될 수 있으며, 구체적으로 체가 본체로부터 분리되어 체에 의해 분급된 분말을 채취할 수 있다.
상기 체에 의해 분말을 분급할 때, 분급할 대상인 분말을 체에 넣고 좌우 및/또는 위아래의 방향으로 흔들거나 분급장치의 전체에 진동을 주어 체에 의해 분말을 분급한다.
상기 체의 구멍 크기는 3㎛이상 500㎛이하일 수 있다.
상기 체는 망(net) 및 상기 망의 둘레와 연결된 측벽을 포함하며, 다시 말하면, 상기 체는 개구부를 갖고 내부가 비어 있고, 바닥은 망이며, 상기 망의 둘레와 연결된 측벽으로 이루진 것이다.
상기 망과, 망을 기준으로 일측으로 연장된 상측벽은 망에 의해 분급될 분말을 넣는 공간을 형성할 수 있다.
상기 체에 의해 분급될 분말의 양은 상기 상측벽의 높이(d)의 2/3 이하가 채워질 수 있도록 조절하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 체에 의해 분급될 분말의 양은 “상측벽의 높이(d)*2/3*망의 면적” 이하일 수 있다.
도 6에 따르면, 상기 체에 의해 분급될 분말의 양은 상기 상측벽(231)의 높이(d)의 2/3 이하가 채워질 수 있도록 조절할 수 있다.
상기 체는 망을 기준으로 타측으로 연장된 하측벽이 더 구비될 수 있으며, 상기 하측벽이 구비되는 경우 상기 본체의 개구부에 삽입되어 상기 체를 고정시키는 역할을 수행할 수 있다.
도 6에 따르면, 상기 체(200)는 망(210) 및 상기 망의 둘레와 연결된 측벽(230)을 포함하여, 상기 측벽은 망을 기준으로 일측으로 연장되고 망에 의해 분급될 분말을 넣는 공간을 형성하는 상측벽(231)과 망을 기준으로 타측으로 연장되고 본체의 개구부에 삽입되어 상기 체를 고정시키는 하측벽(233)을 포함할 수 있다.
상기 체를 구성하는 선들 중 적어도 하나는 열선일 수 있다.
본 명세서에서, 열선은 미세한 전류를 흘려줌으로써 저항에 의한 발열이 발생되는 선이며, 전류를 공급하기 위한 전원과 연결되어 있다.
상기 뚜껑은 상기 본체와 체결되는 체결부; 및 상기 체결부와 상기 뚜껑의 윗면 사이에 상기 흡습제가 구비되는 제습부를 포함할 수 있다.
도 2 내지 4에 따르면, 상기 뚜껑(300)은 상기 본체와 체결되는 체결부(310); 및 상기 체결부와 상기 뚜껑의 윗면(339) 사이에 상기 흡습제(410)가 구비되는 제습부(330)를 포함할 수 있다.
상기 뚜껑의 형태는 특별히 한정하지 않으나, 상기 뚜껑은 원통형, 단면이 다각형인 기둥형일 수 있다.
상기 뚜껑의 재질은 특별히 한정하지 않으나, 금속, 플라스틱 또는 유리 등일 수 있다. 상기 뚜껑의 재질은 투명한 플라스틱일 수 있으며, 예를 들면 투명 아크릴 소재일 수 있다. 이 경우 뚜껑 내 흡습제의 고정상태, 흡습상태 등을 관찰하여 교체 여부 등을 결정할 수 있다.
상기 체결부는 본체의 개구부를 덮도록 본체와 체결되는 체결수단이 구비되어 있을 수 있다.
상기 체결수단은 특별히 한정하지 않으나, 상기 뚜껑의 단면이 본체의 개구부측 단면보다 넓어 본체의 개구부측 단부로부터 일부가 뚜껑의 내부로 삽입되어 체결될 수 있다.
상기 체결부는 내측면에 구비된 돌기를 포함할 수 있다. 이때, 뚜껑의 내부로 삽입되는 본체의 개구부측 단부로부터의 높이는 뚜껑의 높이 또는 뚜껑의 내측에 구비된 돌기의 위치에 따라 결정될 수 있다.
상기 제습부는 상기 뚜껑의 측면을 관통하고 상기 흡습제가 삽입되는 삽입구; 상기 삽입구 및 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 뚜껑의 윗면과 평행한 제1망; 상기 삽입구 및 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 제1망과 이격된 제2망; 및 상기 삽입구를 닫는 덮개를 포함할 수 있다.
도 2 내지 3에 따르면, 상기 제습부(330)는 상기 뚜껑의 측면을 관통하고 상기 흡습제가 삽입되는 삽입구(331); 상기 삽입구 및 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 뚜껑의 윗면(339)과 평행한 제1망(333); 상기 삽입구 및 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 제1망과 이격된 제2망(335); 및 상기 삽입구를 닫는 덮개(337)를 포함할 수 있다.
도 3에 따르면, 상기 흡습제가 삽입되는 위치는 뚜껑의 높이(a+b+c)를 1로 가정할 때, 뚜껑의 윗면으로부터 제1망까지의 거리(a)와 제1망과 제2망의 거리(b)의 합은 2/3이하이며, 제2망으로부터 뚜껑의 단부까지의 거리(c)는 1/3 이상일 수 있다.
상기 제1망과 제2망 및 뚜껑의 측면에 의해 형성된 공간에 흡습제가 삽입되어 고정될 수 있다.
상기 제1망은 망을 구성하는 선들 중 적어도 하나가 열선일 수 있고, 상기 제2망은 망을 구성하는 선들 중 적어도 하나가 열선일 수 있으며, 상기 제1망과 제2망은 망을 구성하는 선들 중 적어도 하나가 열선일 수 있다.
상기 제1망 및 제2망의 구멍 크기는 각각 독립적으로 3㎛이상 500㎛이하일 수 있다.
상기 흡습제는 제오라이트, 알루미노실리케이트, 실리카겔, 산화인, 알루미나, 염화마그네슘 및 산화칼슘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 흡습제는 수분을 흡착하는 입자를 포함하며, 상기 입자의 평균직경은 0.5mm 이상 2mm 이하일 수 있다.
상기 뚜껑은 상기 본체와 체결되는 체결부; 및 상기 체결부와 상기 뚜껑의 윗면 사이에 상기 열선이 구비되는 가열부를 포함할 수 있다.
상기 가열부는 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 뚜껑의 윗면과 평행한 망을 포함하고, 상기 망을 구성하는 선들 중 적어도 하나는 열선일 수 있다.
도 5에 따르면, 상기 뚜껑(300)은 상기 본체와 체결되는 체결부(310); 및 상기 체결부와 상기 뚜껑의 윗면 사이에 상기 열선이 구비되는 가열부(350)를 포함할 수 있다. 상기 가열부는 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 뚜껑의 윗면과 평행한 망을 포함하고, 상기 망을 구성하는 선들 중 적어도 하나는 열선(430)일 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
[실시예]
연료전지의 공기극 소재인 LSCF6428(La0 . 6Sr0 . 4Co0 . 2Fe0 . 8O3 )을 사용하여 250g의 시료를 분급하였다.
시료의 개별입자크기는 1㎛-50㎛ 수준으로 분포하고 있으며, 분급 후에는 245g 이상의 분말이 채취되었다. 분급 후에도 개별입자크기는 변화지 않고 1㎛-50㎛ 수준을 유지하고 있었다.
이때, 상기 분급작업은 실온 25℃, 40%상대습도 수준에서 작업이 이루어 졌으며, 뭉침현상을 막기 위해 도 7과 같이 실리카겔을 뚜껑의 내측면에 테이프로 고정하여 작업을 실시하였다.
도 8에서, 사진의 위쪽 이미지는 분급 후 퇴적된 분말이며, 아래쪽 이미지는 체 및 남겨진 분말이 없음을 보여주고 있다.
[비교예]
실시예과 같은 조건에서, 실시예과 같은 시료를 도 7과 같이 실리카겔없이 분급했다.
분급 후에는 221g의 분말이 채취되었으며, 분급 후 입자의 뭉침현상으로 인해 수 mm 크기 입도를 갖는 입자가 관찰되었다.
도 9에서, 사진의 위쪽 이미지는 분급 후 퇴적된 후 뭉쳐진 분말이며, 아래쪽 이미지는 체 및 남겨진 분말이 있음을 보여주고 있다.
100: 본체
200: 체 210: 망
230: 측벽 231: 상측벽
233: 하측벽
300: 뚜껑
310: 체결부 330: 제습부
331: 삽입구 333: 제1망
335: 제2망 337: 덮개
339: 윗면
350: 가열부
400: 흡습제 또는 열선
410: 흡습제 430: 열선

Claims (11)

  1. 개구부를 갖고 내부가 비어 있는 본체;
    상기 본체의 내부에 삽입되어 금속 산화물을 분급하는 체;
    상기 본체의 개구부를 덮도록 상기 본체에 체결되는 뚜껑; 및
    상기 뚜껑의 내측에 구비된 열선 및 흡습제 중 적어도 하나를 포함하는 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 뚜껑은 상기 본체와 체결되는 체결부; 및 상기 체결부와 상기 뚜껑의 윗면 사이에 상기 흡습제가 구비되는 제습부를 포함하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제습부는 상기 뚜껑의 측면을 관통하고 상기 흡습제가 삽입되는 삽입구; 상기 삽입구 및 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 뚜껑의 윗면과 평행한 제1망; 상기 삽입구 및 상기 뚜껑의 내측면과 연결되고 상기 제1망과 이격된 제2망; 및 상기 삽입구를 닫는 덮개를 포함하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 흡습제는 제오라이트, 알루미노실리케이트, 실리카겔, 산화인, 알루미나, 염화마그네슘 및 산화칼슘 중 적어도 하나를 포함하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 흡습제의 평균직경은 0.5mm 이상 2mm 이하인 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 분급장치는 알칼리토금속 산화물, 란탄족 금속산화물, 전이금속 산화물, 비스무스 산화물 및 이들 중 선택된 2 이상의 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 분급하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 분급장치는 SOFC 공기극용 금속 산화물을 분급하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 분급장치는 Ca계 산화물, Sr계 산화물, Ba계 산화물, Sc계 산화물, Y계 산화물, La계 산화물, Ce계 산화물, Pr계 산화물, Nd계 산화물, Sm계 산화물, Gd계 산화물, Mn계 산화물, Fe계 산화물, Co계 산화물, Ni계 산화물, Cu계 산화물, Bi계 산화물 및 이들 중 선택된 2 이상의 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 분급하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 분급장치는 La계 산화물, Sr계 산화물, Ba계 산화물, Co계 산화물, Fe계 산화물 및 Bi계 산화물 중 중 선택된 2 이상의 복합금속 산화물을 분급하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 뚜껑은 상기 본체와 체결되는 체결부; 및 상기 체결부와 상기 뚜껑의 윗면 사이에 상기 열선이 구비되는 가열부를 포함하는 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 체를 구성하는 선들 중 적어도 하나는 열선인 것인 SOFC용 금속 산화물의 분급장치.
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