KR20180061126A - A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell - Google Patents

A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR20180061126A
KR20180061126A KR1020180060705A KR20180060705A KR20180061126A KR 20180061126 A KR20180061126 A KR 20180061126A KR 1020180060705 A KR1020180060705 A KR 1020180060705A KR 20180060705 A KR20180060705 A KR 20180060705A KR 20180061126 A KR20180061126 A KR 20180061126A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
fuel cell
forming
metal
solid electrolyte
Prior art date
Application number
KR1020180060705A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
문지웅
성병근
김도형
전중환
전재호
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
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 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020180060705A priority Critical patent/KR20180061126A/en
Publication of KR20180061126A publication Critical patent/KR20180061126A/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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/08Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02E60/521
    • 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
    • Y02P70/56

Abstract

The present invention provides a method for manufacturing a metal support-type solid oxide fuel cell by a room-temperature coating process without a high-temperature sintering process. A method for manufacturing a cell for a meta support-type solid oxide fuel cell according to the present invention comprises the steps of: i) preparing a metal support; ii) forming an anode layer on one side surface of the metal support; iii) forming a solid electrolyte layer on the surface of the anode layer; iv) selectively forming a cathode interface reaction prevention layer on the surface of the solid electrolyte layer; and v) forming the cathode layer on the surface of the solid electrolyte layer or the cathode interface reaction prevention layer. Here, a step of forming the anode layer, the solid electrolyte layer, and the cathode interface reaction prevention layer is performed by an aerosol spraying scheme.

Description

금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법 {A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a metal-supported solid oxide fuel cell,

본 발명은 고체 산화물 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀을 상온에서 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a method for manufacturing a cell for a metal support type solid oxide fuel cell at room temperature.

고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell; SOFC)는 단위 전지와 분리판으로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수개 적층된 구조로 이루어진다. 단위 전지는 고체전해질층과, 고체전해질층의 일면에 위치하는 연료극(음극)과, 고체전해질층(막)의 다른 일면에 위치하는 공기극(양극)을 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, a fuel electrode (cathode) located on one side of the solid electrolyte layer, and an air electrode (anode) located on the other side of the solid electrolyte layer (membrane).

공기극에 산소를 공급하고 연료극에 수소를 공급하면, 공기극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 고체전해질층을 지나 연료극으로 이동한 후 연료극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 따라서 고체전해질층은 가스가 직접 통과할 수 없는 치밀한 이온전도성 층으로 이루어지고, 공기극 및 연료극은 가스투과가 용이한 다공성 구조와 혼합전도(전자 및 이온전도)성을 나타내어야 한다.When oxygen is supplied to the air electrode and hydrogen is supplied to the fuel electrode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen in the air electrode travel through the solid electrolyte layer to the fuel electrode, and then water reacts with hydrogen supplied to the fuel electrode. At this time, the electrons generated in the anode are transferred to the cathode and consumed, and electrons flow to the external circuit, and the unit cell generates electric energy using the electron flow. Therefore, the solid electrolyte layer is formed of a dense ion conductive layer which can not directly pass through the gas, and the air electrode and the fuel electrode should exhibit a porous structure that facilitates gas permeation and mixed conduction (electron and ion conductivity).

고체산화물 연료전지로는 전해질 지지체형 셀(Electrolyte-Supported Cell(ESC)형과, 공기극 지지체형 셀형 또는 연료극 지지체형 셀형이 있다. 이 중에서 전해질 지지체형 셀형(ESC)은 기계적 지지체 역할을 하는 두꺼운 전해질 층과 얇은 연료극 층 및 공기극 층으로 구성된다. 전해질 지지체형 셀의 경우 기계적 지지체 역할에 필요한 100 ~ 500 um 두께의 고체전해질을 사용할 경우, 고체전해질의 오옴(Ohmic)저항이 크기 때문에 일정 수준의 단전지 성능을 얻기 위해서는 연료전지를 850~1000 ℃ 의 고온에서 운전해야 한다. 이 경우 스택과 주변장치(balance-of-plant, BOP)에 고가의 내열, 내 산화성 소재를 사용해야 하기 때문에 SOFC 제작 단가가 상승한다는 문제점이 있다.As the solid oxide fuel cell, there are an electrolyte support-type cell (ESC) type and an air electrode support type cell type or an anode support type cell type. Among them, the electrolyte support type cell type (ESC) is a thick electrolyte Layer, and a thin anode layer and a cathode layer. In the case of an electrolyte support-type cell, when a solid electrolyte having a thickness of 100 to 500 μm required for a mechanical support is used, the Ohmic resistance of the solid electrolyte is large. In order to obtain the battery performance, the fuel cell must be operated at a high temperature of 850 to 1000 ° C. In this case, since expensive expensive heat-resistant and oxidation-resistant materials must be used for the stack and peripheral equipment (balance-of-plant, BOP) .

연료극 지지체형 셀은 0.3 ~ 1000 um 두께의 연료극 층 위에 5 ~ 20um 두께의 얇은 고체전해질 층을 형성하여 전해질의 오옴(Ohmic)을 줄임으로써 800oC 미만의 중온으로 SOFC 작도온도를 온도를 낮출 수 있어 경제성이 개선되었지만, 세라믹 특유의 취성 파괴 문제를 극복해야만 상기 SOFC 스택의 신뢰성 확보가 가능하다. The anode-supported cell can form a thin solid electrolyte layer with a thickness of 5 to 20 μm on the anode layer of 0.3 to 1000 μm thickness to reduce the ohmic of the electrolyte, thereby lowering the temperature of the SOFC operation temperature to a middle temperature of less than 800 ° C. However, reliability of the SOFC stack can be secured only if the brittle fracture problem unique to ceramics is overcome.

이에 반하여 금속지지체형 셀 (MSC)은 금속을 지지체로 사용하기 때문에 셀 제조 비용이 저렴 할 뿐만 아니라 매우 우수한 강도와 유연성을 갖는다.On the other hand, since the metal support cell (MSC) uses a metal as a support, it is not only inexpensive to manufacture a cell, but also has excellent strength and flexibility.

이러한 금속지지체형 고체산화물 연료전지는 그 셀 구조가 금속지지체/연료극/고체전해질의 순서로 적층된 형태로 이루어진다.Such a metal-supported solid oxide fuel cell has a cell structure in which a metal support / an anode / a solid electrolyte are stacked in this order.

이러한 적층 구조에서 금속지지체 층과 연료극 층은 가스투과가 용이한 다공체 구조로하고, 고체전해질 층은 가스를 투과하지 않는 치밀 구조로 하는 것이 바람직하다.In such a laminated structure, it is preferable that the metal support layer and the anode layer have a porous structure that permits easy permeation of gas, and the solid electrolyte layer has a dense structure that does not permeate gas.

또한 고체전해질 층은 금속지지체 및 연료극 층에 비하여 저항이 크기 때문에 가스 투과가 되지 않는 범위 내에서 가능한 두께가 얇은 것이 바람직하다.Further, since the solid electrolyte layer has a resistance higher than that of the metal support and the anode layer, it is preferable that the thickness of the solid electrolyte layer is as small as possible within a range where gas permeation does not occur.

금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법으로는 금속지지체와 연료극 층 그리고 고체전해질 층을 형성하는 분말을 각각 테이프캐스팅 및 적층(lamination) 후에 환원분위기에서 동시소성(co-firing) 하는 방법이 있다.A method of manufacturing a metal-supported solid oxide fuel cell includes co-firing a metal support, an anode layer, and a powder forming the solid electrolyte layer, respectively, in a reducing atmosphere after tape casting and lamination.

그러나 이러한 동시소성에 의한 제조방법은 고체전해질층과, 연료극층, 금속 지지체층 각각이 그 열팽창 계수, 소결 수축률 등을 정밀하게 제어하고, 금속 지지체가 고온 동시소성 후에도 충분한 기공률을 갖도록 금속의 조성, 입자크기, 표면 거칠기 및 소성 분위기를 정밀하게 제어하여야만 한다는 문제점이 있다. 또한 이러한 제조방법은 셀을 대면적화 할 경우 각 층 간의 미세한 소결 수축률 및 열팽창 계수 차이로 인하여 셀에 핀 홀(pin-hole)이나 휨이 발생할 확률이 커지는 단점이 있다.However, such a manufacturing method by co-firing can be carried out in such a manner that the solid electrolyte layer, the fuel electrode layer, and the metal support layer each have precise control of the thermal expansion coefficient, sintering shrinkage rate, and the like, and that the metal support has sufficient porosity even after high- The particle size, the surface roughness and the calcination atmosphere must be precisely controlled. Also, this manufacturing method is disadvantageous in that, when the cell is large-sized, the probability of occurrence of pin-holes or warping is increased due to the difference in the sintering shrinkage ratio and the thermal expansion coefficient between the respective layers.

또한 동시소성에 의한 제조방법은 동시 소성 과정에서 금속 지지체의 산화를 막기 위해 환원 분위기 소결을 하는데, 이때 연료극 구성 물질이 상변화를 일으키거나 금속지지체 자체의 열적 변화로 인하여 그 물리적 성질이 변화하는 문제점이 있다.In addition, the co-firing process is a reducing atmosphere sintering process in order to prevent the oxidation of the metal support during the co-firing process. In this case, the physical properties of the fuel electrode material change due to the phase change or the thermal change of the metal support itself .

또한 동시소성에 의한 제조방법은 동시 소성 과정에서 금속 지지체의 산화를 막기 위해 환원 분위기 소결을 하는데, 이때 연료극 구성 물질과 금속지지체 구성물질 간의 계면반응에 의하여 금속지지체가 상변화를 일으키거나 연료극의 전기화학적 활성이 감소하여 셀 성능이 저하되는 문제점이 있다.In addition, the co-firing method is a reducing atmosphere sintering in order to prevent the oxidation of the metal support during the co-firing process. In this case, the metal support may undergo phase change due to the interfacial reaction between the anode material and the metal support material, There is a problem that the cell performance is deteriorated due to a decrease in chemical activity.

고온의 소결 과정 없이 상온 코팅 공정으로 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a metal-supported solid oxide fuel cell by a room temperature coating process without sintering at a high temperature.

고온의 소결 과정 없이 상온 코팅 공정으로 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 제공한다.A metal-supported solid oxide fuel cell manufactured by a normal-temperature coating process without a high-temperature sintering process.

본 발명의 일 실시예는 금속지지체, 연료극 층, 고체전해질 층, 공기극 층을 포함하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법에 있어서, 상기 각 층은 고온 열처리를 하지 않고 상온에서 이루어지는 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell including a metal support, a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and a cathode layer, wherein each of the layers has a metal support A method of manufacturing a cell for a body-type solid oxide fuel cell is provided.

이러한 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법은, ⅰ) 상기 금속지지체를 준비하는 단계; ⅱ) 상기 금속지지체의 한쪽 면 상에 상기 연료극 층을 형성하는 단계; ⅲ) 상기 연료극 층 표면에 상기 고체전해질 층을 형성하는 단계; ⅳ) 상기 고체전해질 층 표면에 선택적으로 상기 공기극 계면반응 방지층을 형성하는 단계; 및 ⅴ) 상기 고체전해질 층 또는 상기 공기극 계면반응 방지층의 표면에 상기 공기극 층을 형성하는 단계; 를 포함한다. The method for manufacturing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell includes the steps of: i) preparing the metal support; Ii) forming the anode layer on one side of the metal support; Iii) forming the solid electrolyte layer on the surface of the anode layer; Iv) selectively forming the air electrode interface reaction preventing layer on the surface of the solid electrolyte layer; And (v) forming the air electrode layer on the surface of the solid electrolyte layer or the air electrode interface reaction preventing layer. .

이때 상기 연료극층과 상기 고체전해질 층 그리고 상기 공기극 계면반응 방지층을 형성하는 단계는 에어로졸 분사법에 의하여 형성하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the step of forming the anode layer, the solid electrolyte layer and the air electrode interface reaction prevention layer is formed by the aerosol spraying method.

그리고 상기 공기극 층을 형성하는 단계는 스크린 프린팅법 또는 스프레이 페인팅 코팅법으로 형성하는 것이 바람직하다. The forming of the cathode layer may be performed by a screen printing method or a spray painting method.

또한 상기 금속지지체는 연결 기공구조가 형성되고, 기공률이 25% ~ 60% 이며, 기공은 50um 이하이며 상기 금속지지체의 두께는 0.2 ~ 2 mm 인 다공성 금속인 것이 바람직하다. The metal support is preferably a porous metal having a pore structure, a porosity of 25% to 60%, a pore of 50um or less, and a thickness of the metal support of 0.2 to 2 mm.

그리고 상기 금속지지체는 금속 분말을 단독 또는 금속 분말과 기공 형성체나 세라믹 입자와 혼합한 물질을 분말야금(powder metallurgy)이나 테이프 캐스팅(tape casting) 또는 압출 성형으로 시트(sheet) 형태로 성형한 후 환원, 진공, 또는 불활성 분위기에서 1000~1400℃ 범위에서 소결하여 제조될 수 있다.The metal support may be formed by molding a metal powder, a metal powder, a pore-forming material, or ceramic particles in a sheet form by powder metallurgy, tape casting or extrusion molding, , Vacuum, or an inert atmosphere at a temperature in the range of 1000 to 1400 ° C.

본 발명의 일 실시예서 사용하는 에어로졸 분사방법은 각 층을 구성하는 세라믹 분말을 준비하고, 상기 세라믹 분말에 기계적 진동을 인가하면서 이송 가스를 주입하여 에어로졸을 발생 시킨 다음 진공상태의 기판상에 상기 에어로졸을 고속 분사하여 상기 세라믹 분말의 운동 에너지에 의하여 코팅 층을 형성한다.The aerosol spraying method used in one embodiment of the present invention comprises preparing a ceramic powder constituting each layer, injecting a conveying gas while applying mechanical vibration to the ceramic powder to generate an aerosol, And the coating layer is formed by kinetic energy of the ceramic powder.

이때 상기 세라믹 분말은 평균 입경이 0.2 ~ 5 um 인 것이 바람직하고 더욱 바람직하게는 0.3 um ~ 3 um 이다.In this case, the ceramic powder preferably has an average particle diameter of 0.2 to 5 μm, more preferably 0.3 to 3 μm.

그리고 상기 연료극 층의 형성단계에서 코팅된 연료극 층은 그 두께가 5 um ~ 30 um 인 것이 바람직하다. The thickness of the anode layer coated in the step of forming the anode layer is preferably 5 to 30 μm.

또한 상기 고체전해질 층의 형성단계에서 코팅된 고체전해질 층은 그 두께가 5 um ~ 30 um 인 것이 바람직하다.The thickness of the solid electrolyte layer coated in the step of forming the solid electrolyte layer is preferably 5 to 30 μm.

한편 상기 공기극 계면반응 방지층의 형성단계에서 코팅된 공기극 계면반응 방지층은 그 두께가 1 um ~ 30 um 인 것이 바람직하다.Meanwhile, the thickness of the air electrode interface reaction prevention layer coated in the step of forming the air electrode interface reaction preventing layer is preferably 1 um to 30 um.

이때 상기 공기극 계면반응 방지층의 형성단계에서 코팅된 공기극 계면반응 방지층은 그 두께가 2 um ~ 6 um 인 것이 더욱 바람직하다.At this time, it is more preferable that the thickness of the air electrode interface reaction prevention layer coated in the step of forming the air electrode interface reaction preventing layer is 2 um to 6 um.

여기서 상기 공기극 층의 형성단계에서 형성된 공기극 층은 연료전지 시스템의 초기 가동 승온 과정에서 연료전지 스택의 온도를 600oC ~ 850oC 범위에서 2 시간 이상 유지하여 소결한다.Here, the cathode layer formed in the cathode layer formation step sinters the fuel cell stack while maintaining the temperature of the fuel cell stack at 600 ° C to 850 ° C for 2 hours or more during the initial operation raising of the fuel cell system.

본 발명의 일 실시예에서 사용한 상기 금속지지체는 페라이트계 스테인리스 (Ferritic Stainless Steel) 또는 Fe-Cr계 합금인 것이 바람직하다.The metal support used in one embodiment of the present invention is preferably a ferritic stainless steel or an Fe-Cr alloy.

그리고 상기 금속지지체는 Crofer22APU와 Crofer22H 그리고 ZMG232L 를 사용하거나, 상기 Fe-Cr 합금은 Fe1 -x-Crx (x=16~30) 및 Fe-26Cr-(Mo, Ti, Y2O3), Fe-Cr-Mx 합금 (Mx=Ni, Ti, Ce, Mn, Mo, Co, La, Y, Al) 중 어느 하나를 사용하거나, 상기 Fe-Cr계 합금의 경우 상기 Fe-Cr계 합금에 0~ 50 vol% 의 금속산화물 (doped-Al2TiO5, doped-Zirconia, doped-Ceria, MgO, CaO, SrO, CoOx, ZnO, VOx, Cr2O3, FeO, MoOx, WOx, Ga2O3, Al2O3, TiO2 및 그 혼합물)을 혼합한 혼합물인 것이 바람직하다.And the metal support is Crofer22APU and Crofer22H and use ZMG232L, or the Fe-Cr alloy is Fe x 1 -x -Cr (x = 16 ~ 30) and Fe-26Cr- (Mo, Ti, Y 2 O 3), Fe-Cr-M x alloy (M x = Ni, Ti, Ce, Mn, Mo, Co, La, Y, Al) of which use one or the Fe-Cr-based, if the alloy the Fe-Cr alloy in 0 ~ 50 vol% of metal oxide (doped-Al 2 TiO 5, doped-Zirconia, doped-Ceria, MgO, to CaO, SrO, CoO x, ZnO , VO x, Cr 2 O 3, FeO, MoO x, WO x, Ga 2 O 3, Al 2 O 3, the mixture is a mixture of TiO 2, and mixtures thereof) are preferred.

또한 상기 연료극 층은 NiO 와 (ZrO2)1- x(Y2O3)x(x=0.08~0.1)의 복합체, NiO와 (ZrO2)0.90(Sc2O3)0.1-x(Yb2O3)x (x=0~0.06) 의 복합체, 그리고 NiO 와 Ce1 - xLnxO2 , (Ln=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3, δ= 0 ~ 0.2)의 복합체로 중 어느 하나에서 선택된 복합에 의하여 형성된 것이 바람직하다.In addition, the fuel electrode layer is NiO and (ZrO 2) 1- x (Y 2 O 3) composite of x (x = 0.08 ~ 0.1) , NiO and (ZrO 2) 0.90 (Sc 2 O 3) 0. 1-x (Yb 2 O 3 ) x (x = 0 ~ 0.06) of the composite, and NiO and Ce 1 - x Ln x O 2 -δ, (Ln = Gd, Sm, Y, x = 0.1 ~ 0.3, lt; RTI ID = 0.0 ># = 0 ~ 0.2). < / RTI >

여기서 상기 복합체의 NiO 의 함량은 50~75 wt % 인 것이 바람직하다.The NiO content of the composite is preferably 50 to 75 wt%.

또한 본 발명의 일 실시예에서 사용한 상기 고체전해질 층은 (ZrO2)1- x(Y2O3)x (x=0.03~0.1), (ZrO2)0.89(Sc2O3)0.1(CeO2)0.01, (ZrO2)0.90(Sc2O3)0.1-x(Yb2O3)x (x=0~0.06), Ce1-xLnxO2-δ, (Ln=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3, δ= 0 ~ 0.2) 그리고 La1 - xSrxGa1 - yMgy -zCozO3±δ (x=0.1~0.3, y=0.1~0.3, z=0.01~0.15, δ= 0 ~ 0.2 ) 중의 어느 하나의 산화물 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.The solid electrolyte layer used in one embodiment of the present invention may be one or more of (ZrO 2 ) 1- x (Y 2 O 3 ) x (x = 0.03-0.1), (ZrO 2 ) 0.89 (Sc 2 O 3 ) 0.1 2 ) 0.01 , (ZrO 2 ) 0.90 (Sc 2 O 3 ) 0.1 -x (Yb 2 O 3 ) x (x = 0 to 0.06), Ce 1-x Ln x O 2 -δ , (Ln = Gd, Sm, Y, x = 0.1 to 0.3, (x = 0.1 to 0.3, y = 0.1 to 0.3, z = 0.01 to 0.15, and? = 0 to 0.2) and La 1 - x Sr x Ga 1 - y Mg y - z Co z O 3 . 0.2), or a mixture thereof.

그리고 본 발명의 일 실시예에서 사용한 상기 공기극 계면반응 방지층은 Ce1 -xLnxO2-δ (Ln=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3, δ= 0 ~ 0.2) 계 산화물인 것이 바람직하다.In addition, the air electrode interface reaction preventing layer used in the embodiment of the present invention has Ce 1 -x Ln x O 2 -δ (Ln = Gd, Sm, Y, x = 0.1 to 0.3, δ = 0 to 0.2) based oxide.

여기서 상기 공기극 전기 전도성 산화물 또는 이러한 전기전도성 산화물에 상기 고체전해질 조성의 분말을 0 ~ 50 vol% 범위로 첨가한 복합체를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a composite in which the powder of the solid electrolyte composition is added to the cathode electroconductive oxide or the electroconductive oxide in the range of 0 to 50 vol%.

이때 상기 전기 전도성 산화물은 (Ln1 - xBx)sMO3 ±δ(Ln= lanthanide 또는 그 혼합물, B=Ba, Sr, Ca, 또는 그 혼합물, M=Co, Fe, Mn, Ni, Cu 혹은 그 혼합물, x=0.05~0.4, s=0.9~1.0, δ=0~0.3) 및 (A1- xBx)sFe1 - yCoyO3 ±δ(A = La, Gd, Sm, Pr, 또는 그 혼합물, B = Ba, Sr, Ca, 또는 그 혼합물, x= 0.05~0.4, y=0~1.0, s = 0.9~1.0, δ=0~0.3) 그리고 (La1-xSrx)sMnO 3±δ(x=0.05~0.4, s=0.9~1.0, δ=0~0.3) 중의 어느 하나의 산화물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.At this time, the electrically conductive oxide (Ln 1 - x B x) s MO 3 ± δ (Ln = lanthanide , or mixtures thereof, B = Ba, Sr, Ca , or mixtures thereof, M = Co, Fe, Mn , Ni, Cu or mixtures thereof, x = 0.05 ~ 0.4, s = 0.9 ~ 1.0, δ = 0 ~ 0.3) and (A 1- x B x) s Fe 1 - y Co y O 3 ± δ (A = La, Gd, Sm X, y = 0 to 1.0, s = 0.9 to 1.0,? = 0 to 0.3) and (La1 - xSr x ) s MnO 3 ± δ (x = 0.05 to 0.4, s = 0.9 to 1.0, ? = 0 to 0.3) or a mixture thereof can be used.

본 발명은 이상과 같은 본 발명의 일 실시예 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조된 연료전지용 셀을 사용하여 제조한 연료전지 스택 (Fuel Cell Stack) 및 연료전지 발전 시스템(Fuel Cell Power Generation System)을 제공한다.The present invention can be applied to a fuel cell stack (Fuel Cell Stack) and a fuel cell power generation system (Fuel Cell Power Generation System) manufactured using the fuel cell manufactured by any one of the above- .

본 발명의 일 실시예에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지 셀 제조방법은 금속지지체 위에 연료극 층, 고체전해질 층, 공기극 계면반응 방지층, 공기극 층을 고온 소결 과정 없이 상온 코팅 공정을 통하여 완료하기 때문에, 소결 수축이 발생하지 않으므로 치수 안정성이 뛰어난 셀을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.Since the method for manufacturing a metal-supported solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of: coating a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, an air electrode interface reaction prevention layer, and a cathode layer on a metal support, The sintering shrinkage does not occur, so that there is a technical effect that a cell having excellent dimensional stability can be provided.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 연료전지 셀을 제조할 경우 제조 수율이 높으며, 각 구성 요소간 열팽창 계수 차이로 인한 셀 의 휨을 최소화 할 수 있는 기술적 효과가 있다.Also, when manufacturing a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the manufacturing yield is high and there is a technical effect of minimizing warping of the cell due to the difference in thermal expansion coefficient between the respective components.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 연료전지 셀을 제조할 경우 연료극의 고온 입자 성장 및 금속 지지체와 연료극 사이의 계면반응에 의한 성능 열화를 억제를 할 수 있는 기술적 효과가 있다. The manufacturing method of the fuel cell according to one embodiment of the present invention has the technical effect of suppressing the deterioration of performance due to the high-temperature particle growth of the fuel electrode and the interface reaction between the metal support and the fuel electrode.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 연료전지 셀을 제조할 경우 금속지지체를 사용하므로 세라믹 지지체형 고체산화물 연료전지에 비하여 제조 단가가 저렴할 뿐만 아니라, 매우 우수한 강도와 유연성을 갖는 다는 기술적 효과가 있다.In addition, since a metal support is used in manufacturing a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the manufacturing cost is lower than that of a ceramic support type solid oxide fuel cell, and a technical effect .

이로 인하여 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지 셀을 이용한 연료전지 스택 (Fuel Cell Stack) 및 연료전지 발전 시스템(Fuel Cell Power Generation System)은 열적, 기계적 충격과 진동에 강하고 급속 열 싸이클이 가능하다는 기술적 효과가 있다.Accordingly, the fuel cell stack and the fuel cell power generation system using the metal-supported solid oxide fuel cell fabricated according to an embodiment of the present invention can be applied to thermal and mechanical shock and vibration There is a technical effect that strong and rapid thermal cycling is possible.

또한 제조된 연료전지 셀을 이용할 경우 운송기기, 이동기기, 휴대용기기 등의 전원분야에서 기존의 세라믹 지지체형 SOFC 스택의 약점인 열적, 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있어서 고체산화물 연료전지의 상용화를 기대할 수 있다.In addition, the use of the manufactured fuel cell can improve the thermal and mechanical reliability, which is a weak point of the conventional ceramic support type SOFC stack in the field of power sources such as transportation equipment, mobile equipment, and portable equipment, and commercialization of the solid oxide fuel cell can be expected have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 셀의 제조에 사용되는 에어로졸 분사장치를 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual view showing an aerosol spraying apparatus used in manufacturing a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

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

본 발명의 일 실시예에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지 셀 제조방법은 금속지지체 위에 연료극 층, 고체전해질 층 그리고 공기극 계면반응 방지층을 각 층을 구성하는 산화물 분말의 에어로졸을 이용한, 에어로졸(Aerosol) 분사법으로 상온에서 순차적으로 코팅한다. 이와 같이 코팅된 공기극 계면반응 방지층 위에 공기극 층을 스크린 프린팅 방법이나 혹은 스프레이 페인팅 방법으로 상온에서 코팅한다. A method of manufacturing a metal-supported solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes forming a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode interface reaction prevention layer on a metal support using an aerosol of an oxide powder constituting each layer, Coating is carried out sequentially at room temperature by spraying method. The air electrode layer is coated on the air electrode interface reaction preventive layer thus coated at room temperature by a screen printing method or a spray painting method.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 구성하는 셀을 제조할 경우 소결 공정을 거치지 않고 셀 제조의 모든 단계를 완료하여 상온에서 연료전지 셀을 제조할 수 있다. When manufacturing a cell constituting a metal-supported solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, the fuel cell cell can be manufactured at room temperature by completing all steps of cell fabrication without going through a sintering process.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지 셀을 제조하기 위하여 먼저 금속지지체를 준비한다.In order to manufacture a metal-supported solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, a metal support is first prepared.

금속지지체는 고온 산화에 의한 전기 전도도 감소가 작고, 산화-환원 안정성 (redox stability)이 있으며, 열팽창계수가 10~13 x10-6/oC 정도의 소재가 바람직하다. 이와 같이 금속지지체의 열팽창계수를 한정하는 이유는 금속지지체와 그 위에 적층되는 각 세라믹 기능 층 간에 열팽창 계수 차이를 적게하여 각 구성 요소간 열팽창 계수 차이로 인한 기능 층의 박리나 셀의 휨을 방지하기 위함이다.The metal support is preferably a material having a small decrease in electrical conductivity due to high-temperature oxidation, a redox stability, and a thermal expansion coefficient of about 10 to 13 x 10 -6 / oC . The reason why the thermal expansion coefficient of the metal support is limited is to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the metal support and each of the ceramic functional layers stacked thereon to prevent the separation of the functional layer and the warping of the cell due to the difference in thermal expansion coefficient between the respective components to be.

이와 같은 특성을 갖는 금속지지체용 소재로는 페라이트계 스테인리스 (Ferritic Stainless Steel)와 독일의 타이센크룹(Tyssenkrupp)사의 제품명 Crofer22APU와 Crofer22H 그리고 일본의 히타치 금속(Hitachi Metal)사의 제품명ZMG232L이 있다. Ferrite-based stainless steel, Crofer22APU and Crofer22H from Tyssenkrupp, Germany, and ZMG232L from Hitachi Metal, Japan, are examples of materials for the metal support having such characteristics.

또한, 이와 같은 특성을 갖는, Fe-Cr 합금으로는 Fe1 -x-Crx (x=16~30) 및 Fe-26Cr-(Mo, Ti, Y2O3), Fe-Cr-Mx 합금 (Mx=Ni, Ti, Ce, Mn, Mo, Co, La, Y, Al)이 있다. 이와 같은 Fe-Cr계 합금의 경우 이러한 합금에 0~ 50 vol% 의 금속산화물 (doped-Al2TiO5, doped-Zirconia, doped-Ceria, MgO, CaO, SrO, CoOx, ZnO, VOx, Cr2O3, FeO, MoOx, WOx, Ga2O3, Al2O3, TiO2 및 그 혼합물)을 혼합한 혼합물을 사용할 수도 있다. Further, as the Fe-Cr alloy having such characteristics, Fe 1- x -Cr x (x = 16 ~ 30) and Fe-26Cr- (Mo, Ti, Y 2 O 3), Fe-Cr-M x alloy (M x = Ni, Ti, Ce, Mn, Mo, Co, La, Y, Al). In case of such an Fe-Cr alloy, 0 to 50 vol% of a metal oxide (doped-Al 2 TiO 5 , doped-zirconia, doped-ceria, MgO, CaO, SrO, CoO x , ZnO, VO x , Cr 2 O 3 , FeO, MoO x , WO x , Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2, and mixtures thereof.

이러한 금속지지체는 상기 조성의 금속 분말을 단독 혹은 금속 분말과 기공 형성체 혹은 세라믹 입자와 혼합하여 분말야금(powder metallurgy), 테이프 캐스팅(tape casting), 압출 성형을 통하여 시트(sheet) 형태로 성형한 후에, 환원, 진공, 혹은 불활성 분위기에서 1000oC~1400oC 범위에서 소결하여 제조한다. The metal support may be prepared by mixing the metal powder of the above composition alone or in combination with a metal powder, a pore-forming body or ceramic particles, and molding the mixture into a sheet by powder metallurgy, tape casting or extrusion molding Later, it is prepared by sintering in the range of 1000 ° C to 1400 ° C in a reducing, vacuum, or inert atmosphere.

이때, 금속지지체는 가스투과를 원활히 하기 위하여 연결 기공구조를 가지며, 기공률이 25% ~ 60% 범위인 것이 바람직하다. 또한, 금속지지체의 최대 기공크기가 일정 크기 이상이면 상기 기공 위에 형성된 연료극 층에서 핀 홀 (pin-hole) 이 발생하기 때문에 금속지지체는 최대 기공 크기가 50um 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. At this time, the metal support has a connection pore structure to facilitate permeation of gas, and preferably has a porosity ranging from 25% to 60%. In addition, if the maximum pore size of the metal support is not less than a certain size, a pin-hole is formed in the anode layer formed on the pore, so that the metal support preferably has a maximum pore size of 50um or less.

이러한 금속지지체의 두께는 0.2 ~ 2 mm 가 바람직하다. 만약 금속지지체의 두께가 0.2mm 이하일 경우 지지체로의 강도가 약하여 사용중에 휘어질 수 있고, 만약 금속지지체의 두께가 2mm 이상일 경우 가스투과성이 저하되어 지지체로 사용하기 곤란하다. The thickness of such a metal support is preferably 0.2 to 2 mm. If the thickness of the metal support is less than 0.2 mm, the strength to the support is weak and it may be bent during use. If the thickness of the metal support is 2 mm or more, the gas permeability is decreased and it is difficult to use the support as a support.

다음은 준비된 금속지지체 상에 에어로졸 분사법을 이용하여 연료극 층, 고체전해질 층 그리고 공기극 계면 반응 방지층을 순차적으로 형성한다.Next, an anode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode interface reaction preventing layer are sequentially formed on the prepared metal support by an aerosol spraying method.

에어로졸 분사법을 이용하여 금속지지체 상에 연료극 층, 고체전해질 층 그리고 공기극 계면 반응 방지층을 순차적으로 형성할 경우, 각 층을 구성하는 세라믹 분말을 진공하에서 금속지지체 또는 이미 증착된 다른 층 위에 고속 분사하여 형성한다.When the fuel electrode layer, the solid electrolyte layer and the air electrode interface reaction preventing layer are sequentially formed on the metal support by the aerosol spraying method, the ceramic powder constituting each layer is sprayed on the metal support or another layer .

이와 같이 세라믹 분말을 에어로졸 상태로 고속으로 금속지지체 또는 이미 증착된 다른층에 분사할 경우 원료 분말과 같은 결정구조의 고밀도의 세라믹 코팅 층을 상온에서 제조할 수 있다.When the ceramic powder is sprayed on the metal support or another layer already deposited at high speed in an aerosol state, a high-density ceramic coating layer having a crystal structure such as a raw powder can be produced at room temperature.

이하에는 도1을 참조하여 에어로졸 분사법을 이용하여 각 층을 코팅하는 증착방법을 설명한다. Hereinafter, a deposition method for coating each layer using an aerosol spraying method will be described with reference to FIG.

도 1에서와 같이 먼저 케리어 가스 저장실(10)에서 케리어 가스가 송출되면, 케리어 가스는 이송관(11)을 따라 에어로졸 챔버(13)로 주입된다. 이때 사용하는 케리어 가스로는 질소, 헬륨 그리고 아르곤 중 어느 하나의 비활성가스를 사용하거나 이러한 가스를 상호 혼합하거나 또는 이러한 가스에 압축공기를 혼합한 혼합 가스를 사용할 수 있다. As shown in FIG. 1, when the carrier gas is first delivered from the carrier gas storage chamber 10, the carrier gas is injected into the aerosol chamber 13 along the transfer pipe 11. As the carrier gas to be used at this time, an inert gas of any one of nitrogen, helium and argon may be used, or a mixed gas in which these gases are mixed with each other, or a mixed gas in which these gases are mixed with compressed air may be used.

에어로졸 챔버(13)에 주입된 케리어 가스는 챔버(13)내에 있는 세라믹 분말과 함께 진공증착챔버(15)내로 이송된다. 이때 에어로졸 챔버(13)는 진동장치(16)에 의하여 상하 또는 좌우로 진동되고 있으며, 이러한 상태에서 에어로졸 챔버(13)로 주입된 케리어 가스는 세라믹분말과 혼합되어 에어로졸을 발생한다. The carrier gas injected into the aerosol chamber 13 is transferred into the vacuum deposition chamber 15 together with the ceramic powder in the chamber 13. At this time, the aerosol chamber 13 is vibrated vertically or horizontally by the vibration device 16. In this state, the carrier gas injected into the aerosol chamber 13 is mixed with the ceramic powder to generate an aerosol.

한편 진공증착챔버(15)는 진공장치(17)에 의하여 진공상태로 유지한다. 진공장치(17)는 부스터 펌프와 로타리 진공 펌프로 구성되고 진공장치(17)는 진공증착챔버(15)내로 흡입된 에어로졸 중의 이송가스를 배기하는 기능도 한다. 이때 진공증착챔버(15)의 진공도는 1~10 Torr 를 유지 하는 것이 바람직하다. 따라서 에어로졸 챔버(13)와 진공증착챔버(15) 간에는 압력차가 발생하여 에어로졸 챔버(13)에서 형성된 에어로졸은 진공층착챔버(15) 내로 흡입되는 순간 노즐(19)을 통하여 기판(20)을 향하여 고속으로 분사된다. On the other hand, the vacuum deposition chamber 15 is maintained in a vacuum state by a vacuum device 17. The vacuum device 17 is constituted by a booster pump and a rotary vacuum pump and the vacuum device 17 also functions to exhaust the transfer gas in the aerosol sucked into the vacuum deposition chamber 15. At this time, the degree of vacuum of the vacuum deposition chamber 15 is preferably maintained at 1 to 10 Torr. A pressure difference is generated between the aerosol chamber 13 and the vacuum deposition chamber 15 so that the aerosol formed in the aerosol chamber 13 is sucked into the vacuum deposition chamber 15 through the nozzle 19 toward the substrate 20 .

이때 노즐(19)과 기판(20) 사이의 간격은 1~20 mm 범위에서 조절하는 것이 바람직하다. 그리고 노즐(19) 끝 부분에 형성된 에어로졸이 방출되는 슬릿은 폭이 0.3 ~ 0.5 mm, 길이가 10 ~ 40 mm 인 것이 바람직하다. At this time, the distance between the nozzle 19 and the substrate 20 is preferably adjusted in the range of 1 to 20 mm. The slit through which the aerosol formed at the end of the nozzle 19 is discharged preferably has a width of 0.3 to 0.5 mm and a length of 10 to 40 mm.

그러나 이러한 노즐(19)의 슬릿의 폭과 길이는 에어로졸을 형성하는 세라믹 분말의 성분 및 증착되는 증착층의 상태에 따라 최적 조건으로 선택할 수 있다.However, the width and the length of the slit of the nozzle 19 can be selected as optimum conditions depending on the composition of the ceramic powder forming the aerosol and the state of the deposited layer to be deposited.

이와 같이 노즐(19)에서 기판(20)으로 분사되는 에어로졸은 기판(20)상에 충돌하여 치밀한 세라믹 막이 증착되어 성장한다. 이와 같이 기판(20)상에 증착되는 세라믹 막의 면적은 노즐을 좌우로 이동시키면서 원하는 크기로 제어 할 수 있으며 그 두께는 에어로졸 분사 시간에 비례하여 제어 할 수 있다. The aerosol sprayed from the nozzle 19 onto the substrate 20 collides with the substrate 20 to deposit a dense ceramic film. As described above, the area of the ceramic film deposited on the substrate 20 can be controlled to a desired size while moving the nozzle to the left and right, and the thickness thereof can be controlled in proportion to the spraying time of the aerosol.

에어로졸 상태의 세라믹 분말이 노즐(19)을 통하여 기판(20)을 향해 고속으로 분사되면, 세라믹 분말이 보유한 운동에너지가 기판(20)에 전달된다. 이때, 세라믹 분말은 그 충격으로 인하여 입자가 미세하게 분쇄되면서 동시에 변형이 일어나게 되어 고밀도의 코팅 층을 형성하게 된다. 이와 같은 방법으로 형성된 코팅 층은 추가적인 열처리를 하지 않아도 세라믹 분말이 갖는 결정성을 유지하고 있으며, 기판과 우수한 결합력을 갖는 고밀도 막을 형성하게 된다.When the ceramic powder in an aerosol state is injected at high speed toward the substrate 20 through the nozzle 19, the kinetic energy held by the ceramic powder is transferred to the substrate 20. At this time, the particles of the ceramic powder are finely pulverized due to the impact thereof, and at the same time, deformation occurs to form a high-density coating layer. The coating layer formed in this way maintains the crystallinity of the ceramic powder without forming additional heat treatment, and forms a high-density film having excellent bonding strength with the substrate.

에어로졸 분사법으로 기판상에 세라믹 증착막을 형성할 경우, 사용하는 세라믹 분말의 입자 크기가 막 생성에 큰 영향을 미친다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 증착하는 세라믹 분말의 평균 입경을 0.2 ~ 5 um 로 한정한다. 더욱 바람직한 세라믹 분말의 평균 입경은 0.3 um ~ 3 um 이다. When the ceramic vapor deposition film is formed on the substrate by the aerosol spraying method, the particle size of the ceramic powder used has a great influence on the film formation. Therefore, in the embodiment of the present invention, the average particle size of the ceramic powder to be deposited is limited to 0.2 to 5 μm. More preferably, the average particle size of the ceramic powder is from 0.3 mu m to 3 mu m.

이와 같이 사용하는 세라믹 분말의 평균입경을 한정하는 이유는 만약 세라믹 분말의 평균 입경이 0.2 um이하일 경우 고밀도의 막이 형성되지 않고 압축된 분말 형태의 막이 형성되며, 만약 평균 입경이 5 um 이상인 경우에는 분말내에 존재하는 조대한 입자에 의하여 오히려 기판 혹은 코팅 층이 깍여 나가 코팅층이 잘 형성되지 않기 때문이다. 그리고 세라믹 분말의 입경은 대상 분말을 하소 및 밀링 처리를 통하여 제어하며 이러한 방법은 일반적인 세라믹 입경을 제어하는 방법과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다. The reason for limiting the average particle size of the ceramic powder to be used is that if the average particle size of the ceramic powder is 0.2 μm or less, a dense film is not formed and a compressed powdery film is formed. If the average particle size is 5 μm or more, The substrate or coating layer is shaved by the coarse particles existing in the coating layer and the coating layer is not formed well. The particle size of the ceramic powder is controlled by calcining and milling the object powder, and this method is the same as the method for controlling the general ceramic particle diameter, and thus a detailed description thereof will be omitted.

다음은 이상에서 설명한 에어로졸 분사장치를 이용하여 금속지지체 상에 연료극 층, 고체전해질 층 그리고 공기극 계면 반응 방지층을 형성하는 방법에 대하여 순차적으로 설명한다Next, a method of forming an anode layer, a solid electrolyte layer and an air electrode interface reaction prevention layer on a metal support using the above-described aerosol spraying apparatus will be described in order

먼저, 금속지지체 상에 연료극 층을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.First, a method of forming an anode layer on a metal support will be described.

연료극 층을 형성하기 위하여 연료극 층으로 사용할 세라믹 분말을 준비한다. 연료극 층을 형성하는 세라믹 분말의 조성은 NiO 와 (ZrO2)1-x(Y2O3)x(x=0.08~0.1)의 복합체, NiO와 (ZrO2)0.90(Sc2O3)0.1- x(Yb2O3)x (x=0~0.06) 복합체, 그리고 NiO 와 Ce1 - xLnxO2 (Ln=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3, δ= 0~0.2) 의 복합체 중 어느 하나의 복합체 또는 그 혼합물이다. A ceramic powder to be used as an anode layer is prepared to form the anode layer. The composition of the ceramic powder forming the anode layer is a composite of NiO and (ZrO 2 ) 1 -x (Y 2 O 3 ) x (x = 0.08 to 0.1), NiO and (ZrO 2 ) 0.90 (Sc 2 O 3 ) 0.1 - x (Yb 2 O 3) x (x = 0 ~ 0.06) of Complex, and NiO Ce 1 - x Ln x O 2 is one of the complex or mixture of complexes of -δ (Ln = Gd, Sm, Y, x = 0.1 ~ 0.3, δ = 0 ~ 0.2).

더욱 바람직하게는 연료극 층 세라믹 분말은 NiO와 (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 고체전해질 분말의 복합체 또는 NiO와 Ce0 . 9Gd0 . 1O2 (δ=0~0.2) 고체전해질 분말의 복합체이다. 여기서 이러한 복합체 중의 NiO 의 함량은 50~75 wt % 범위가 바람직하다. 이것은NiO 의 경우 연료전지를 운전 할때 Ni 로 환원되므로, 이때 약 15~30 % 정도의 기공이 생성되기 때문이다. 따라서 에어로졸 진공 분사에 의하여 생성된 고밀도의 연료극 층은 다공성 구조를 형성 할 수 있다. More preferably, the fuel electrode layer ceramic powder is a composite of NiO and (ZrO 2 ) 0.92 (Y 2 O 3 ) 0.08 solid electrolyte powder or NiO and Ce 0 . 9 Gd 0 . 1 O 2 (δ = 0 to 0.2) solid electrolyte powder. Here, the content of NiO in such a composite is preferably in the range of 50 to 75 wt%. This is because NiO is reduced to Ni when the fuel cell is operated, and thus about 15 to 30% of pores are generated. Thus, the high-density anode layer produced by aerosol vacuum injection can form a porous structure.

이와 같이 준비된 연료극층 세라믹 분말을 에어로졸 챔버(13)에 장입한 상태에서 에어로졸 챔버(13)에 기계적 진동을 인가하면서 이송가스를 주입하여 세라믹 분말의 에어로졸을 발생 시킨다. 그리고 이러한 에어로 졸을 기판(20) 상에 장착된 금속지지체 상에 진공 하에서 고속으로 분사하여 연료극 코팅 층을 형성한다. The fuel electrode layer ceramic powder prepared as described above is charged into the aerosol chamber 13, and mechanical vibration is applied to the aerosol chamber 13, and a transport gas is injected to generate an aerosol of the ceramic powder. The aerosol is sprayed on the metal support mounted on the substrate 20 at a high speed under vacuum to form a fuel electrode coating layer.

이와 같이 금속지지체 상에 코팅되는 연료극 층은 5 um ~ 30 um 두께로 코팅하는 것이 바람직하다.The anode layer thus coated on the metal support is preferably coated to a thickness of 5 to 30 μm.

다음은 코팅된 연료극 층 상에 고체전해질 분말을 증착시키는 과정을 설명한다. The following describes the process of depositing the solid electrolyte powder on the coated anode layer.

고체전해질 층으로 사용할 세라믹 분말은 (ZrO2)1- x(Y2O3)x (x =0.03~0.1), (ZrO2)0.89(Sc2O3)0.1(CeO2)0.01, (ZrO2)0.90(Sc2O3)0.1- x(Yb2O3)x (x=0~0.06), Ce1 - xLnxO2 - δLn=Gd, Sm, Y, x=0.1~0.3, δ=0~0.2) 그리고 La1 - xSrxGa1 - yMgy - zCozO3 - δx=0.1~0.3, y=0.1~0.3, z=0.01~0.15, δ=0~0.2) 중의 어느 하나의 산화물 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.The ceramic powder to be used as the solid electrolyte layer is (ZrO 2 ) 1 - x (Y 2 O 3 ) x (x = 0.03 ~ 0.1), (ZrO 2) 0.89 (Sc 2 O 3) 0.1 (CeO 2) 0.01, (ZrO 2) 0.90 (Sc 2 O 3) 0.1- x (Yb 2 O 3) x (x = 0 ~ 0.06), Ce 1 - x Ln x O 2 - δ Ln = Gd, Sm, y, x = 0.1 ~ 0.3, δ = 0 ~ 0.2) , and La 1 - x Sr x Ga 1 - y Mg y - z CozO 3 - ? X = 0.1 to 0.3, y = 0.1 to 0.3, z = 0.01 to 0.15,? = 0 to 0.2) or a mixture thereof is preferable.

연료극층의 상부에 형성되는 고체전해질 층의 형성방법은 연료극층을 형성하는 방법과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.The method of forming the solid electrolyte layer formed on the anode layer is the same as the method of forming the anode layer, and thus a detailed description thereof will be omitted.

이와 같이 연료극층 상부에 형성되는 고체전해질 층의 코팅 두께는 5 um ~ 30 um 가 바람직하다.The coating thickness of the solid electrolyte layer formed on the anode layer is preferably 5 to 30 μm.

다음은 코팅된 고체전해질 층 상에 공기극 계면 반응 방지층을 증착시키는 과정을 설명한다.The following describes the process of depositing the air electrode interface reaction preventive layer on the coated solid electrolyte layer.

공기극 계면 반응 방지층은 고체전해질 층의 상부에 선택적으로 증착시킬 수 있다. The air electrode interface reaction preventing layer may be selectively deposited on the upper portion of the solid electrolyte layer.

즉, 고체전해질 층이 지르코니아계 일 경우 후술하는 공기극을 형성하는 물질과 계면반을을 일으켜 SrZrO3, La2Zr2O7 과 같은 전기저항이 큰 계면반응 층을 생성할 수 있다. 따라서 이러한 계면반응을 방지하기 위하여 고체전해질 층의 상부에 공기극 계면 반응 방지층을 코팅한다.That is, when the solid electrolyte layer is a zirconia-based material, the material forming the air electrode, which will be described later, and the interfacial layer are caused to form SrZrO 3 , La 2 Zr 2 O 7 And such An interface reaction layer having a high electrical resistance can be produced. Therefore, in order to prevent such an interfacial reaction, the air electrode interface reaction preventing layer is coated on the upper part of the solid electrolyte layer.

지르코니아계 고체전해질은 (ZrO2)1- x(Y2O3)x (x=0.03~0.1), (ZrO2)0.89(Sc2O3)0.1(CeO2)0.01그리고 (ZrO2)0.90(Sc2O3)0.1- x(Yb2O3)x (x=0~0.06) 중 어는 하나이다. 이러한 지르코니아계 고체전해질 상부에 코팅되는 계면반응 방지층으로는 Ce1-xLnxO2-δLn=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3, δ= 0~0.2)계 산화물이 있다.Zirconia based solid electrolytes (ZrO 2) 1- x (Y 2 O 3) x (x = 0.03 ~ 0.1), (ZrO 2) 0.89 (Sc 2 O 3) 0.1 (CeO 2) 0.01 and (ZrO 2) 0.90 (Sc 2 O 3) 0.1- x (Yb 2 O 3) x (x = 0 to 0.06) It is one of them. The interfacial reaction preventive layer coated on the zirconia-based solid electrolyte includes Ce 1-x Ln x O 2 -δ Ln = Gd, Sm, Y, x = 0.1 to 0.3, and δ = 0 to 0.2.

고체전해질 층의 상부에 공기극 계면반응 방지층을 형성하는 방법은 상술한 연료극 층을 형성하는 방법과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.The method of forming the air electrode interface reaction prevention layer on the solid electrolyte layer is the same as the method of forming the anode layer described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.

이와 같이 고체전해질 층의 상부에 형성되는 공기극 계면반응 방지층의 두께는 1 um ~ 30 um이고, 보다 바람직하게는 2 ~ 6 um 이다. The thickness of the air electrode interface reaction preventive layer formed on the solid electrolyte layer is 1 um to 30 um, more preferably 2 to 6 um.

이상과 같이 금속지지체 상부에 연료극층과 고체전해질 층 그리고 선택적으로 공기극 계면반응 방지층을 코팅한 다음 공기극 계면반응 방지층의 상부에 공기극층을 형성한다.As described above, the fuel electrode layer, the solid electrolyte layer, and optionally the air electrode interface reaction prevention layer are coated on the metal support, and then the air electrode layer is formed on the air electrode interface reaction prevention layer.

공기극 층은 연료전지로 운전중에 가스를 투과하여야 하므로 그 구조가 다공성으로 이루어져야 한다. The cathode layer must be permeable to gas during operation of the fuel cell, so that its structure must be porous.

연료극 층의 경우 연료전지로 운전중에 구성 분말 중 NiO 가 Ni로 분해되면서 15~30 % 에 이르는 기공이 발생한다. 그러므로 연료극 층은 에어로졸 분사법으로 코팅하여도 그 기능을 발휘한다. 그러나 공기극 층의 경우 공기극 층을 형성하는 물질이 자체분해에 의한 기공 형성이 곤란하다. 따라서 공기극 층은 에어로 졸 분사방법으로 코팅하는 것은 바람직하지 않다.In the case of the anode layer, NiO is decomposed into Ni in the constituent powder during the operation of the fuel cell, resulting in pores ranging from 15 to 30%. Therefore, the anode layer functions even when it is coated by the aerosol spraying method. However, in the case of the cathode layer, it is difficult to form pores by self-decomposition of the material forming the cathode layer. Therefore, it is not preferable to coat the air electrode layer with the aerosol spray method.

그러므로 공기극 층은 공기극 계면반응 방지층의 표면에 세라믹 분말의 페이스트 또는 슬러리를 스크린 프린팅 방법이나 스프레이 코팅법으로 형성하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the cathode layer is formed by a paste or slurry of ceramic powder on the surface of the air electrode interface reaction prevention layer by a screen printing method or a spray coating method.

이와 같이 상온상태에서 형성된 공기극 층은 열처리하지 않고 셀 제조를 완료한다. 이와 같이 열처리를 하지 않은 상태에서 공기극 층을 형성한 다음 연료전지 시스템을 직접 운전할 때 초기 승온 과정에서 연료전지 스택의 온도를 600oC ~ 850oC 범위에서 2 시간 이상 유지하는 것으로서 열처리를 대체 한다.Thus, the cathode layer formed at room temperature is not heat-treated and the cell fabrication is completed. When the fuel cell system is operated directly after the cathode layer is formed without heat treatment, the temperature of the fuel cell stack is maintained in the range of 600 ° C to 850 ° C for 2 hours in the initial temperature raising process, thereby replacing the heat treatment .

공기극 층을 구성하는 세라믹 분말은 전기 전도성 산화물 또는 이러한 전기전도성 산화물에 고체전해질 조성의 분말을 0 ~ 50 vol% 범위로 첨가한 복합체가 바람직하다. 상기 전기전도성 산화물에는 (Ln1 - xBx)sMO3 ±δ(Ln= lanthanide 또는 그 혼합물, B=Ba, Sr, Ca, 또는 그 혼합물, M=Co, Fe, Mn, Ni, Cu 혹은 그 혼합물, x=0.05~0.4, s=0.9~1.0, δ=0~0.3) 및 (A1- xBx)sFe1 - yCoyO3 ±δ(A = La, Gd, Sm, Pr, 또는 그 혼합물, B = Ba, Sr, Ca, 또는 그 혼합물, x= 0.05~0.4, y=0~1.0, s = 0.9~1.0, δ=0~0.3) 그리고 (La1 - xSrx)sMnO3 ±δ (x=0.05~0.4, s=0.9~1.0, δ=0~0.3) ) 중의 어느 하나의 산화물 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.The ceramic powder constituting the cathode layer is preferably a composite obtained by adding an electroconductive oxide or a powder of a solid electrolyte composition to the electroconductive oxide in a range of 0 to 50 vol%. The electrically conductive oxide, the (Ln 1 - x B x) s MO 3 ± δ (Ln = lanthanide , or mixtures thereof, B = Ba, Sr, Ca , or mixtures thereof, M = Co, Fe, Mn , Ni, Cu , or This mixture, x = 0.05 ~ 0.4, s = 0.9 ~ 1.0, δ = 0 ~ 0.3) and (A 1- x B x) s Fe 1 - y Co y O 3 ± δ (A = La, Gd, Sm, Pr, or a mixture thereof, B = Ba, Sr, Ca , or mixtures thereof, x = 0.05 ~ 0.4, y = 0 ~ 1.0, s = 0.9 ~ 1.0, δ = 0 ~ 0.3) , and (La 1 - x Sr x ) s MnO 3 ± δ (x = 0.05 to 0.4, s = 0.9 to 1.0, ? = 0 to 0.3)), or a mixture thereof.

이와 같이 공기극 계면반응 방지층 상에 형성되는 공기극 층의 두께는 10 um ~ 50 um 인 것이 바람직하다. As described above, the thickness of the air electrode layer formed on the air electrode interface reaction prevention layer is preferably from 10 μm to 50 μm.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예를 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the following claims. Those who do it will easily understand.

Claims (19)

금속지지체, 연료극 층, 고체전해질 층, 공기극 층을 포함하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법에 있어서,
상기 각 층은 소결 공정을 거치지 않고 상온에서 형성되고,
상기 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법은
상기 금속지지체를 준비하는 단계;
상기 금속지지체의 한쪽 면 상에 상기 연료극 층을 형성하는 단계;
상기 연료극 층 표면에 상기 고체전해질 층을 형성하는 단계;
상기 고체전해질 층 표면에 공기극 계면반응 방지층을 형성하는 단계; 및
상기 공기극 계면반응 방지층의 표면에 상기 공기극 층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 연료극층과 상기 고체전해질 층 그리고 상기 공기극 계면반응 방지층을 형성하는 단계는 에어로졸 분사법에 의하여 형성되고,
상기 공기극 층을 형성하는 단계는 스크린 프린팅법 또는 스프레이 페인팅 코팅법으로 형성되는 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
A method of manufacturing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell including a metal support, an anode layer, a solid electrolyte layer, and a cathode layer,
Each of the layers is formed at room temperature without being subjected to a sintering process,
A method of manufacturing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell includes:
Preparing the metal support;
Forming the anode layer on one side of the metal support;
Forming the solid electrolyte layer on the surface of the anode layer;
Forming an air electrode interface reaction preventing layer on a surface of the solid electrolyte layer; And
And forming the air electrode layer on the surface of the air electrode interface reaction preventing layer,
Wherein the step of forming the anode layer, the solid electrolyte layer and the air electrode interface reaction preventing layer is performed by an aerosol spraying method,
Wherein the cathode layer is formed by a screen printing method or a spray painting method.
제1항에 있어서,
상기 금속지지체는 연결 기공구조가 형성되고, 기공률이 25% ~ 60% 인 다공성 금속인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal support is a porous metal having a pore structure and a porosity of 25% to 60%.
제2항에 있어서,
상기 금속지지체의 기공은 50um 이하이고 상기 금속지지체의 두께는 0.2 ~ 2 mm 인 다공성 금속인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the pores of the metal support are 50um or less and the thickness of the metal support is 0.2 to 2mm.
제2항에 있어서,
상기 금속지지체는 금속 분말을 단독 또는 금속 분말과 기공 형성체나 세라믹 입자와 혼합한 물질을 분말야금(powder metallurgy)이나 테이프 캐스팅(tape casting) 또는 압출 성형으로 시트(sheet) 형태로 성형한 후 환원, 진공, 또는 불활성 분위기에서 1000~1400℃ 범위에서 소결하여 제조된 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The metal support may be formed by forming a metal powder in a form of sheet by powder metallurgy, tape casting or extrusion, or by mixing the metal powder with a metal powder, a pore-forming body or ceramic particles, In a vacuum or in an inert atmosphere at a temperature in the range of 1000 to 1400 ° C.
제1항에 있어서,
상기 에어로졸 분사방법은 각 층을 구성하는 세라믹 분말을 준비하고, 상기 세라믹 분말에 기계적 진동을 인가하면서 이송 가스를 주입하여 에어로졸을 발생 시킨 다음 진공상태의 기판상에 상기 에어로졸을 고속 분사하여 상기 세라믹 분말의 운동 에너지에 의하여 코팅 층을 형성하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the aerosol spraying method, a ceramic powder constituting each layer is prepared, an aerosol is generated by injecting a conveying gas while applying mechanical vibration to the ceramic powder, and the aerosol is sprayed at high speed onto a substrate in a vacuum state, Wherein the coating layer is formed by the kinetic energy of the solid oxide fuel cell.
제5항에 있어서,
상기 세라믹 분말은 평균 입경이 0.2 ~ 5 um 인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the ceramic powder has an average particle diameter of 0.2 to 5 占 퐉.
제5항에 있어서,
상기 세라믹 분말은 평균 입경이 0.3 um ~ 3 um 인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the ceramic powder has an average particle diameter of 0.3 mu m to 3 mu m.
제6항에 있어서,
상기 연료극 층의 형성단계에서 코팅된 연료극 층은 그 두께가 5 um ~ 30 um 인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the anode layer coated in the step of forming the anode layer has a thickness of 5 um to 30 um.
제6항에 있어서,
상기 고체전해질 층의 형성단계에서 코팅된 고체전해질 층은 그 두께가 5 um ~ 30 um 인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the solid electrolyte layer coated in the step of forming the solid electrolyte layer has a thickness of 5 to 30 μm.
제6항에 있어서,
상기 공기극 계면반응 방지층의 형성단계에서 코팅된 공기극 계면반응 방지층은 그 두께가 1 um ~ 30 um 인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the air electrode interface reaction preventing layer coated in the step of forming the air electrode interface reaction preventing layer has a thickness of 1 um to 30 um.
제6항에 있어서,
상기 공기극 계면반응 방지층의 형성단계에서 코팅된 공기극 계면반응 방지층은 그 두께가 2 um ~ 6 um 인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the air electrode interface reaction preventing layer coated in the forming step of the air electrode interface reaction preventing layer has a thickness of 2 μm to 6 μm.
제1항에 있어서,
상기 공기극 층의 형성단계에서 형성된 공기극 층은 연료전지 시스템의 초기 가동 승온 과정에서 연료전지 스택의 온도를 600℃ ~ 850℃ 범위에서 2 시간 이상 유지하여 소결하는 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 1,
The cathode layer formed in the cathode layer formation step is formed by maintaining the temperature of the fuel cell stack at 600 ° C. to 850 ° C. for 2 hours or more during sintering of the fuel cell system during the initial operation of the fuel cell system, Way.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료극 층은 NiO 와 (ZrO2)1-x(Y2O3)x(x=0.08~0.1)의 복합체, NiO와 (ZrO2)0.90(Sc2O3)0.1-x(Yb2O3)x (x=0~0.06) 의 복합체, 그리고 NiO 와 Ce1-xLnxO2-δ, (Ln=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3, δ= 0 ~ 0.2)의 복합체 중 어느 하나에서 선택된 복합체 또는 이들 복합체의 혼합물에 의하여 형성된 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
13. The method according to any one of claims 1 to 12,
Wherein the anode layer comprises a composite of NiO and (ZrO2) 1-x (Y2O3) x (x = 0.08 to 0.1), NiO and (ZrO2) 0.90 (Sc2O3) 0.1-x (Yb2O3) x And a composite of any one of NiO and Ce1-xLnxO2-delta, (Ln = Gd, Sm, Y, x = 0.1 to 0.3, A method of manufacturing a cell for a solid oxide fuel cell.
제13 항에 있어서,
상기 복합체의 NiO 의 함량은 50~75 wt % 인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the NiO content of the composite is 50 to 75 wt%.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체전해질 층은 (ZrO2)1-x(Y2O3)x (x=0.03~0.1), (ZrO2)0.89(Sc2O3)0.1(CeO2)0.01, (ZrO2)0.90(Sc2O3)0.1-x(Yb2O3)x (x=0~0.06), Ce1-xLnxO2-δ, (Ln=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3,δ= 0 ~ 0.2) 그리고 La1-xSrxGa1-yMgy-zCozO3±δ (x=0.1~0.3, y=0.1~0.3, z=0.01~0.15, δ= 0 ~ 0.2 ) 중의 어느 하나의 산화물 또는 이들의 혼합물인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
13. The method according to any one of claims 1 to 12,
(ZrO2) 1-x (Y2O3) x (x = 0.03-0.1), (ZrO2) 0.89 (Sc2O3) 0.1 (CeO2) 0.01, (ZrO2) 0.90 (x = 0.1 to 0.3,? = 0 to 0.2) and La1-xSrxGa1-yMgy-zCozO3? (x = 0 to 0.06), Ce1-xLnxO2-delta (Ln = Gd, Sm, Y, 0.3, y = 0.1 to 0.3, z = 0.01 to 0.15, and? = 0 to 0.2) or a mixture thereof.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기극 계면반응 방지층은 Ce1-xLnxO2-δ, (Ln=Gd, Sm, Y, x = 0.1~0.3, δ= 0 ~ 0.2) 계 산화물인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
13. The method according to any one of claims 1 to 12,
Wherein the air electrode interface reaction preventing layer is a system oxide of Ce1-xLnxO2-delta (Ln = Gd, Sm, Y, x = 0.1 to 0.3, and delta = 0 to 0.2).
제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 산화물은 (Ln1-xBx)sMO3±δ(Ln= lanthanide 또는 그 혼합물, B=Ba, Sr, Ca, 또는 그 혼합물, M=Co, Fe, Mn, Ni, Cu 혹은 그 혼합물, x=0.05~0.4, s=0.9~1.0, δ=0~0.3) 및 (A1-xBx)sFe1-yCoyO3±δ(A = La, Gd, Sm, Pr, 또는 그 혼합물, B = Ba, Sr, Ca, 또는 그 혼합물, x= 0.05~0.4, y=0~1.0, s = 0.9~1.0, δ=0~0.3) 그리고 (La1-xSrx)sMnO3±δ(x=0.05~0.4, s=0.9~1.0,δ=0~0.3) 중의 어느 하나의 산화물 또는 이들의 혼합물인 금속지지체형 고체산화물 연료전지용 셀의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrically conductive oxide is selected from the group consisting of (Ln1-xBx) sMO3 占 隆 (Ln = lanthanide or a mixture thereof, B = Ba, Sr, Ca or a mixture thereof, M = Co, Fe, Mn, Ni, Cu, Ba, Sr, Ca, Ca, Sr, Ca, Sr, Ca, Ca, X = 0.05 to 0.4, s = 0.9 to 1.0, s = 0.9 to 1.0,? = 0 to 0.3) and (La1-xSrx) sMnO3? δ = 0 to 0.3), or a mixture thereof. The method of manufacturing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell according to claim 1,
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 연료전지용 셀을 사용하여 제조한 연료전지 스택 (Fuel Cell Stack).A fuel cell stack fabricated using the fuel cell according to any one of claims 1 to 12. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 연료전지용 셀을 사용하여 제조한 연료전지 발전시스템(Fuel Cell Power Generation System).A fuel cell power generation system manufactured by using the fuel cell of any one of claims 1 to 12.
KR1020180060705A 2018-05-28 2018-05-28 A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell KR20180061126A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180060705A KR20180061126A (en) 2018-05-28 2018-05-28 A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180060705A KR20180061126A (en) 2018-05-28 2018-05-28 A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100092525A Division KR20120030788A (en) 2010-09-20 2010-09-20 A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180061126A true KR20180061126A (en) 2018-06-07

Family

ID=62622084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180060705A KR20180061126A (en) 2018-05-28 2018-05-28 A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180061126A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111145A (en) * 2002-09-17 2004-04-08 Nissan Motor Co Ltd Unit cell for solid oxide fuel cell and its manufacturing method
JP2005339986A (en) * 2004-05-27 2005-12-08 Fuji Photo Film Co Ltd Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
KR20090118579A (en) * 2008-05-14 2009-11-18 포항공과대학교 산학협력단 Metal-supported sofcs and methods for manufacturing the same using porous thick-film metal support
KR20100050687A (en) * 2008-11-06 2010-05-14 한국과학기술원 Fabrication method of metal supported solid oxide fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111145A (en) * 2002-09-17 2004-04-08 Nissan Motor Co Ltd Unit cell for solid oxide fuel cell and its manufacturing method
JP2005339986A (en) * 2004-05-27 2005-12-08 Fuji Photo Film Co Ltd Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
KR20090118579A (en) * 2008-05-14 2009-11-18 포항공과대학교 산학협력단 Metal-supported sofcs and methods for manufacturing the same using porous thick-film metal support
KR20100050687A (en) * 2008-11-06 2010-05-14 한국과학기술원 Fabrication method of metal supported solid oxide fuel cell

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
박영수 외 4명, 에어로졸 증착법~ *
일본 특허공보 특허 제 4015913호(2007.11.28.) 1부. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1844517B1 (en) A method for producing a reversible solid oxid fuel cell
EP3229298B1 (en) Membrane electrode assembly and solid oxide fuel cell
US8658328B2 (en) Stack structure for laminated solid oxide fuel cell, laminated solid oxide fuel cell and manufacturing method
TWI487183B (en) Metal-supported solid oxide fuel cell structure
KR101405477B1 (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell and cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
WO2015102701A2 (en) Formation of solid oxide fuel cells
JP5389378B2 (en) Composite ceramic electrolyte structure, manufacturing method thereof and related article
KR101900819B1 (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
US10312540B2 (en) Multi-layered layer arrangement for a solid electrolyte
KR101421245B1 (en) Preparing method of metal supported SOFCs and metal supported SOFCs prepared by the same method
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
KR20120030788A (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
KR101857747B1 (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell and cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
JP5550223B2 (en) Ceramic electrolyte processing method and related products
US20080131750A1 (en) Ceramic electrolyte structure and method of forming; and related articles
KR20190028331A (en) Interconnect for a solid oxide fuel cell, its manufacturing method, and a solid oxide fuel cell comprising the same
KR101718979B1 (en) A method for producing the fuel electrode side diffusion barrier layer of a metal-supported solid oxide fuel cell
KR20180061126A (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
KR101883401B1 (en) A method of producing a cell for a metal-supported solid oxide fuel cell
KR101937918B1 (en) A method of producing a air electrode for a solid oxide fuel cell, Fuel cell stack, and Fuel cell power generation system manufactured by the method
US20190356008A1 (en) Formation of solid oxide fuel cells by spraying
KR102652200B1 (en) Highly active electrode through microstructure control using ultrasonic spray method and solid oxide fuel cell including the same
KR101353642B1 (en) Solid oxide fuel cell having reaction preventing layer and method for manufacturing the same
KR20120049598A (en) A metal sheet-supported solid oxide fuel cell and the method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application