KR20180110463A - Anode, electrode structure, fuel cell comprising the same and method thereof - Google Patents

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KR20180110463A KR1020170040037A KR20170040037A KR20180110463A KR 20180110463 A KR20180110463 A KR 20180110463A KR 1020170040037 A KR1020170040037 A KR 1020170040037A KR 20170040037 A KR20170040037 A KR 20170040037A KR 20180110463 A KR20180110463 A KR 20180110463A
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Abstract

The present invention relates to an anode which comprises: an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide; an anode functional layer provided on the anode support layer and including a ceria-based metal oxide; and a buffer layer provided between the anode support layer and the anode functional layer and including the zirconia-based metal oxide in the anode support layer and the ceria-based metal oxide in the anode functional layer.

Description

애노드, 전극 구조체, 이를 포함하는 연료 전지 및 이의 제조방법{ANODE, ELECTRODE STRUCTURE, FUEL CELL COMPRISING THE SAME AND METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an anode, an electrode structure, a fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same.

본 명세서는 애노드, 전극 구조체, 이를 포함하는 연료 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an anode, an electrode structure, a fuel cell including the anode structure, and a method of manufacturing the same.

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.Recently, as the exhaustion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in energy that can replace them is increasing. As one of such alternative energies, fuel cells have attracted particular attention due to their advantages such as high efficiency, no emission of pollutants such as NOx and SOx, and abundant fuel.

연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.A fuel cell is a power generation system that converts the chemical reaction energy of a fuel and an oxidant into electric energy. Hydrogen, hydrocarbons such as methanol and butane are used as fuel, and oxygen is used as an oxidant.

연료전지에는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등이 있다.BACKGROUND ART Fuel cells include a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), an alkaline fuel cell (AFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC) And a battery (SOFC).

한편, 연료전지의 공기극의 원리를 응용하여 금속 이차 전지의 공기극을 공기극으로 제조하는 금속 공기 이차 전지에 대한 연구도 필요하다.On the other hand, research on a metal air secondary battery in which the air electrode of a metal secondary battery is manufactured as an air electrode by applying the principle of the air electrode of a fuel cell is also needed.

대한민국 특허공개 제 2016-0059419호 (2016.05.26 공개)Korean Patent Publication No. 2016-0059419 (published on May 26, 2016)

본 명세서는 애노드, 전극 구조체, 이를 포함하는 연료 전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.The present specification is intended to provide an anode, an electrode structure, a fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same.

본 명세서는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층, 상기 애노드 지지층 상에 구비되고 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층, 및 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 포함하는 애노드를 제공한다. The present disclosure relates to an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide, an anode functional layer provided on the anode support layer and comprising a ceria based metal oxide, and an anode functional layer provided between the anode support layer and the anode functional layer, And a buffer layer comprising a metal oxide based on the metal oxide and a ceria based metal oxide of the anode functional layer.

또한, 본 명세서는 애노드 및 상기 애노드 상에 구비된 전해질층을 포함하는 전극 구조체로서, 상기 애노드는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층, 상기 애노드 지지층 상에 구비되고 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층, 및 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 포함하며, 상기 전해질층은 상기 애노드 기능층 상에 구비되고 제2 세리아계 금속산화물을 포함하는 전해질층을 포함하는 것인 전극 구조체를 제공한다. The present invention also relates to an electrode structure comprising an anode and an electrolyte layer provided on the anode, wherein the anode comprises an anode support layer containing a zirconia-based metal oxide, a first support layer provided on the anode support layer and containing a first ceria- And a buffer layer disposed between the anode support layer and the anode functional layer and including a zirconia-based metal oxide of the anode support layer and a first ceria-based metal oxide of the anode functional layer, wherein the electrolyte layer And an electrolyte layer provided on the anode functional layer and including a second ceria based metal oxide.

또한, 본 명세서는 전술한 애노드, 상기 애노드의 애노드 기능층 상에 구비된 전해질층, 및 상기 전해질층 상에 구비된 캐소드를 포함하는 연료 전지를 제공한다. The present invention also provides a fuel cell including the above-described anode, an electrolyte layer provided on the anode functional layer of the anode, and a cathode provided on the electrolyte layer.

또한, 본 명세서는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층을 제조하는 단계; 상기 애노드 지지층 상에 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층을 제조하는 단계; 및 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 제조하는 단계를 포함하는 것인 애노드의 제조방법을 제공한다. The present disclosure also relates to a method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of: preparing an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide; Preparing an anode functional layer comprising a ceria based metal oxide on the anode support layer; And preparing a buffer layer provided between the anode support layer and the anode functional layer, the buffer layer including a zirconia-based metal oxide of the anode support layer and a ceria-based metal oxide of the anode functional layer. to provide.

본 명세서의 전극 구조체 및 이를 적용한 연료 전지는 셀 저항이 낮은 장점이 있다. The electrode structure of the present specification and the fuel cell to which the electrode structure is applied have an advantage of low cell resistance.

본 명세서의 전극 구조체 및 이를 적용한 연료 전지는 셀 가동전력이 높은 장점이 있다. The electrode structure of the present specification and the fuel cell to which the electrode structure is applied have an advantage of high cell operating power.

도 1은 고체산화물형 연료전지의 전기 발생 원리를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 연료전지를 포함하는 전지모듈의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서의 실시예 1 및 비교예 2의 전지성능 비교그래프이다.
도 4는 본 명세서의 비교예 1의 하프셀의 단면을 관찰한 주사전자현미경 이미지이다.
도 5는 본 명세서의 비교예 2의 하프셀의 단면을 관찰한 주사전자현미경 이미지이다.
도 6은 본 명세서의 실시예 1의 하프셀의 단면을 관찰한 주사전자현미경 이미지이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing the electricity generation principle of a solid oxide fuel cell. FIG.
2 is a view schematically showing an embodiment of a battery module including a fuel cell.
3 is a comparative graph of battery performance of Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.
4 is a scanning electron microscope image of a cross section of a half cell of Comparative Example 1 of this specification.
5 is a scanning electron microscope image of a cross section of a half cell of Comparative Example 2 of the present specification.
6 is a scanning electron microscope image of a cross section of a half cell according to Example 1 of the present specification.

이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

상기 애노드는 순차적으로 구비 애노드 지지층, 버퍼층 및 애노드 기능층을 포함한다. The anode sequentially includes an anode supporting layer, a buffer layer, and an anode functional layer.

본 명세서는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층, 상기 애노드 지지층 상에 구비되고 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층, 및 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 포함하는 애노드를 제공한다.The present disclosure relates to an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide, an anode functional layer provided on the anode support layer and comprising a ceria based metal oxide, and an anode functional layer provided between the anode support layer and the anode functional layer, And a buffer layer comprising a metal oxide based on the metal oxide and a ceria based metal oxide of the anode functional layer.

상기 애노드 지지층은 지르코니아계 금속 산화물을 포함하며, 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ) 및 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 지지층은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15) 및 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ: (Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 애노드 지지층은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15)을 포함할 수 있다. The anode support layer comprises a zirconia-based metal oxide, and may include at least one of yttria-stabilized zirconia (YSZ) and scandia-stabilized zirconium oxide (ScSZ). Specifically, the anode support layer is yttria (yttria) stabilized zirconium oxide (zirconia) (YSZ: (Y 2 O 3) x (ZrO 2) 1-x, x = 0.05 ~ 0.15) , and scandia stabilized zirconia (ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15). More specifically, the anode support layer may comprise a yttria-stabilized zirconia (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15).

상기 애노드 지지층은 NiO를 더 포함할 수 있다. 상기 NiO는 전지 체결 후 공급되는 연료에 의해 Ni로 환원되어 전자 전도성 물질로서 역할을 수행한다.The anode support layer may further include NiO. The NiO is reduced to Ni by the fuel supplied after the battery is clamped, and functions as an electron conductive material.

상기 NiO의 함량은 상기 지르코니아계 금속 산화물의 중량의 100중량% 이상 200중량% 이하일 수 있다.The content of NiO may be 100 wt% or more and 200 wt% or less of the weight of the zirconia-based metal oxide.

상기 애노드 지지층의 평균두께는 600㎛ 이상 1000㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 평균두께는 700㎛ 이상 1000㎛ 이하일 수 있으며, 더 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 평균두께는 700㎛ 이상 900㎛ 이하일 수 있다.The average thickness of the anode support layer may be 600 탆 or more and 1000 탆 or less. Specifically, the average thickness of the anode support layer may be 700 μm or more and 1000 μm or less. More specifically, the average thickness of the anode support layer may be 700 μm or more and 900 μm or less.

상기 애노드 지지층의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.The porosity of the anode support layer may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the anode support layer may be 10% or more and 30% or less.

상기 애노드 지지층의 기공의 평균직경은 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하일 수 있다.The average diameter of the pores of the anode support layer may be 0.1 占 퐉 or more and 10 占 퐉 or less. Specifically, the average diameter of the pores of the anode support layer may be 0.5 占 퐉 or more and 5 占 퐉 or less. More specifically, the average diameter of the pores of the anode support layer may be 0.5 占 퐉 or more and 2 占 퐉 or less.

상기 애노드 기능층은 애노드 지지층 상에 구비되고 세리아계 금속산화물을 포함하며, 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC) 및 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 기능층은 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 및 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 애노드 기능층은 세리아계 금속산화물로서 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4)를 포함할 수 있다. The anode functional layer is provided on the anode support layer and includes a ceria metal oxide and may include at least one of samarium doped ceria (SDC) and gadolinium doped ceria (GDC). Specifically, the anode functional layer is a samarium-doped ceria (ceria) (SDC: (Sm 2 O 3) x (CeO 2) 1-x, x = 0.02 ~ 0.4) and a gadolinium-doped ceria (ceria) (GDC: (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 to 0.4). More specifically, the anode functional layer may comprise gadolinium doped ceria (GDC: (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02-0.4) as a ceria based metal oxide.

상기 애노드 기능층은 NiO를 더 포함할 수 있다. 상기 NiO는 전지 체결 후 공급되는 연료에 의해 Ni로 환원되어 전자 전도성 물질로서 역할을 수행한다.The anode functional layer may further include NiO. The NiO is reduced to Ni by the fuel supplied after the battery is clamped, and functions as an electron conductive material.

상기 애노드 기능층 내에서, 상기 NiO의 함량은 상기 세리아계 금속산화물의 중량의 80중량% 이상 150중량% 이하일 수 있다.In the anode functional layer, the NiO content may be 80 wt% or more and 150 wt% or less of the weight of the ceria metal oxide.

상기 애노드 기능층의 평균두께는 1㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 기능층의 평균두께는 5㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있으며, 더 구체적으로, 상기 애노드 기능층의 평균두께는 5㎛ 이상 40㎛ 이하일 수 있다.The anode functional layer may have an average thickness of 1 탆 or more and 100 탆 or less. Specifically, the average thickness of the anode functional layer may be 5 μm or more and 50 μm or less. More specifically, the average thickness of the anode functional layer may be 5 μm or more and 40 μm or less.

상기 애노드 기능층의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 기능층의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.The porosity of the anode functional layer may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the anode functional layer may be 10% or more and 30% or less.

상기 애노드 기능층의 기공의 평균직경은 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 기능층의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 애노드 기능층의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하일 수 있다.The average diameter of the pores of the anode functional layer may be 0.1 占 퐉 or more and 10 占 퐉 or less. Specifically, the average diameter of the pores of the anode functional layer may be 0.5 占 퐉 or more and 5 占 퐉 or less. More specifically, the average diameter of the pores of the anode functional layer may be 0.5 占 퐉 or more and 2 占 퐉 or less.

상기 버퍼층은 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물을 포함한다. 다시 말하면, 상기 버퍼층은 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 동일한 지르코니아계 금속 산화물, 및 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물과 동일한 세리아계 금속산화물을 포함한다. The buffer layer is provided between the anode support layer and the anode functional layer and includes a zirconia-based metal oxide of the anode support layer and a ceria-based metal oxide of the anode functional layer. In other words, the buffer layer includes the same zirconia-based metal oxide as the zirconia-based metal oxide of the anode support layer and the same ceria-based metal oxide as the ceria-based metal oxide of the anode functional layer.

상기 버퍼층의 총 중량을 기준으로, 상기 지르코니아계 금속 산화물의 함량은 5중량% 이상 30중량% 이하이며, 구체적으로 10중량% 이상 25중량% 이하이고, 더 구체적으로 15중량% 이상 20중량% 이하일 수 있다. 이 경우 층간 수축율의 차이를 줄이는 장점이 있다. Based on the total weight of the buffer layer, the content of the zirconia-based metal oxide is 5 wt% to 30 wt%, specifically 10 wt% to 25 wt%, more specifically 15 wt% to 20 wt% . In this case, there is an advantage of reducing the difference in the interlayer shrinkage ratio.

상기 버퍼층의 총 중량을 기준으로, 상기 세리아계 금속산화물의 함량은 5중량% 이상 30중량% 이하이며, 구체적으로 10중량% 이상 25중량% 이하이고, 더 구체적으로 15중량% 이상 20중량% 이하일 수 있다. 이 경우 층간 수축율의 차이를 줄이는 장점이 있다.Based on the total weight of the buffer layer, the content of the ceria metal oxide is 5 wt% or more and 30 wt% or less, specifically 10 wt% or more and 25 wt% or less, more specifically 15 wt% or more and 20 wt% or less . In this case, there is an advantage of reducing the difference in the interlayer shrinkage ratio.

상기 버퍼층에서, 상기 지르코니아계 금속 산화물의 중량을 기준으로, 상기 세리아계 금속산화물의 함량은 20중량% 이상 100중량% 이하이며, 구체적으로 30중량% 이상 70중량% 이하이고, 더 구체적으로 40중량% 이상 60중량% 이하일 수 있다. 이 경우 층간 수축율의 차이를 줄이는 장점이 있다.In the buffer layer, the content of the ceria based metal oxide is 20 wt% or more and 100 wt% or less based on the weight of the zirconia-based metal oxide, specifically 30 wt% or more and 70 wt% or less, % Or more and 60 weight% or less. In this case, there is an advantage of reducing the difference in the interlayer shrinkage ratio.

상기 버퍼층은 NiO를 더 포함할 수 있다. 상기 NiO는 전지 체결 후 공급되는 연료에 의해 Ni로 환원되어 전자 전도성 물질로서 역할을 수행한다.The buffer layer may further include NiO. The NiO is reduced to Ni by the fuel supplied after the battery is clamped, and functions as an electron conductive material.

상기 버퍼층의 총 중량을 기준으로, 상기 NiO의 함량은 40중량% 이상 70 중량% 이하일 수 있다.The NiO content may be 40 wt% or more and 70 wt% or less based on the total weight of the buffer layer.

상기 버퍼층의 평균두께는 1㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 버퍼층의 평균두께는 3㎛ 이상 20㎛ 이하일 수 있으며, 더 구체적으로, 상기 버퍼층의 평균두께는 5㎛ 이상 10㎛ 이하일 수 있다.The average thickness of the buffer layer may be 1 탆 or more and 50 탆 or less. Specifically, the average thickness of the buffer layer may be 3 탆 or more and 20 탆 or less, and more specifically, the average thickness of the buffer layer may be 5 탆 or more and 10 탆 or less.

상기 버퍼층의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 버퍼층의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.The porosity of the buffer layer may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the buffer layer may be 10% or more and 30% or less.

상기 버퍼층의 기공의 평균직경은 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 버퍼층의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 버퍼층의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하일 수 있다.The average diameter of the pores of the buffer layer may be 0.1 占 퐉 or more and 10 占 퐉 or less. Specifically, the average diameter of the pores of the buffer layer may be 0.5 μm or more and 5 μm or less. More specifically, the average diameter of the pores of the buffer layer may be 0.5 占 퐉 or more and 2 占 퐉 or less.

본 명세서는 전술한 애노드 및 상기 애노드 상에 구비된 전해질층을 포함하는 전극 구조체를 제공한다.The present invention provides an electrode structure including the above-described anode and an electrolyte layer provided on the anode.

본 명세서는 애노드 및 상기 애노드 상에 구비된 전해질층을 포함하는 전극 구조체로서, 상기 애노드는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층, 상기 애노드 지지층 상에 구비되고 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층, 및 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 포함하며, 상기 전해질층은 상기 애노드 기능층 상에 구비되고 제2 세리아계 금속산화물을 포함하는 전해질층을 포함하는 것인 전극 구조체를 제공한다.The present invention relates to an electrode structure comprising an anode and an electrolyte layer provided on the anode, wherein the anode comprises an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide, an anode support layer provided on the anode support layer and comprising an anode containing a first ceria- And a buffer layer disposed between the anode support layer and the anode functional layer and including a zirconia-based metal oxide of the anode support layer and a first ceria-based metal oxide of the anode functional layer, And an electrolyte layer provided on the anode functional layer and including a second ceria based metal oxide.

상기 전해질층은 상기 애노드 기능층 상에 구비되고 제2 세리아계 금속산화물을 포함한다.The electrolyte layer is provided on the anode functional layer and includes a second ceria based metal oxide.

상기 제2 세리아계 금속 산화물은 산소 이온 전도성이 있는 세리아계 금속 산화물이라면 특별히 한정하지 않으나, 구체적으로 사마륨 도프 세리아 및 가돌리늄 도프 세리아 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로 가돌리늄 도프 세리아를 포함할 수 있다.The second ceria-based metal oxide is not particularly limited as long as it is a ceria-based metal oxide having oxygen ion conductivity. Specifically, the second ceria-based metal oxide may include at least one of samarium doped ceria and gadolinium doped ceria, and more specifically includes gadolinium doped ceria .

상기 제2 세리아계 금속 산화물은 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 및 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 전해질층은 제2 세리아계 금속산화물로서 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4)를 포함할 수 있다.Wherein the second ceria based metal oxide is selected from the group consisting of samarium doped ceria (SDC: (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 to 0.4) and gadolinium doped ceria (GDC: 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 to 0.4). More specifically, the electrolyte layer may comprise gadolinium doped ceria (GDC: (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02-0.4) as the second ceria based metal oxide .

상기 전해질층의 두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질의 두께는 20㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다.The thickness of the electrolyte layer may be 10 占 퐉 or more and 100 占 퐉 or less. Specifically, the thickness of the electrolyte may be 20 μm or more and 50 μm or less.

본 명세서는 전술한 애노드, 상기 애노드의 애노드 기능층 상에 구비된 전해질층, 및 상기 전해질층 상에 구비된 캐소드를 포함하는 연료 전지를 제공한다.The present invention provides a fuel cell including the above-described anode, an electrolyte layer provided on the anode functional layer of the anode, and a cathode provided on the electrolyte layer.

본 명세서는 상기 전극 구조체, 및 상기 전극 구조체의 전해질층 상에 구비된 캐소드를 포함하는 연료 전지를 제공한다. 여기서, 상기 연료 전지는 고체산화물 연료전지일 수 있다.The present invention provides a fuel cell including the electrode structure, and a cathode provided on an electrolyte layer of the electrode structure. Here, the fuel cell may be a solid oxide fuel cell.

상기 연료 전지의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.The shape of the fuel cell is not limited, and may be, for example, a coin, a flat plate, a cylinder, a horn, a button, a sheet or a laminate.

상기 연료 전지는 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.The fuel cell may be specifically used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

본 명세서는 연료 전지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다. The present specification provides a battery module including a fuel cell as a unit cell.

도 2는 연료전지를 포함하는 전지모듈의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지는 전지모듈(60), 산화제 공급부(70) 및 연료 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.2 schematically shows an embodiment of a battery module including a fuel cell, wherein the fuel cell includes a battery module 60, an oxidizer supply portion 70, and a fuel supply portion 80. [

전지모듈(60)은 상술한 연료전지를 단위전지로 하나 또는 둘 이상 포함하며, 단위전지가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 세퍼레이터는 단위전지들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 단위전지로 전달하는 역할을 한다.The battery module 60 includes one or more than one of the above-described fuel cells as a unit cell, and includes a separator interposed therebetween when two or more unit cells are included. The separator prevents the unit cells from being electrically connected and transmits the fuel and the oxidant supplied from the outside to the unit cell.

산화제 공급부(70)는 산화제를 전지모듈(60)으로 공급하는 역할을 한다. 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 산화제 공급부(70)로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidant supply unit 70 serves to supply the oxidant to the battery module 60. As the oxidizing agent, oxygen is typically used, and oxygen or air can be injected into the oxidizing agent supplying portion 70 and used.

연료 공급부(80)는 연료를 전지모듈(60)으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(81) 및 연료탱크(81)에 저장된 연료를 전지모듈(60)으로 공급하는 펌프(82)로 구성될 수 있다. 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있다. 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다.The fuel supply unit 80 serves to supply fuel to the battery module 60 and includes a fuel tank 81 for storing fuel and a pump 82 for supplying the fuel stored in the fuel tank 81 to the battery module 60 ). As the fuel, gas or liquid hydrogen or hydrocarbon fuel may be used. Examples of hydrocarbon fuels include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas.

상기 캐소드는 고체산화물 연료전지용 공기극에 적용될 수 있도록, 산소이온 전도성을 갖는 무기물을 포함할 수 있다. 상기 무기물의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 상기 무기물은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ: (Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 란탄 스트론튬 망간 산화물(Lanthanum strontium manganese oxide: LSM), 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF), 란탄 스트론튬 니켈 페라이트(Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF), 란탄 칼슘 니켈 페라이트(Lanthanum calcium nickel ferrite: LCNF), 란탄 스트론튬 코발트 산화물(Lanthanum strontium cobalt oxide: LSC), 가돌리늄 스트론튬 코발트 산화물(Gadolinium strontium cobalt oxide: GSC), 란탄 스트론튬 페라이트 (Lanthanum strontium ferrite: LSF), 사마리움 스트론튬 코발트 산화물 (Samarium strontium cobalt oxide: SSC), 바리움 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium cobalt ferrite : BSCF) 및 란탄 스트론튬 갈륨 마그네슘 산화물(Lanthanum strontium gallium magnesium oxide: LSGM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The cathode may include an inorganic substance having oxygen ion conductivity so as to be applicable to a cathode for a solid oxide fuel cell. Of the inorganic type it is not particularly limited, and the inorganic material is yttria (yttria) zirconium stabilized oxide (zirconia) (YSZ: (Y 2 O 3) x (ZrO 2) 1-x, x = 0.05 ~ 0.15), scandia It stabilized zirconia (ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2) 1-x, x = 0.05 ~ 0.15), samarium-doped ceria (ceria) (SDC: (Sm 2 O 3) x (CeO 2) 1- x , x = 0.02 to 0.4), gadolinium doped ceria (GDC: (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 to 0.4), Lanthanum strontium manganese oxide (LSM), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), lanthanum strontium nickel ferrite (LSNF), lanthanum calcium nickel ferrite (LCNF), lanthanum strontium cobalt oxide oxide: LSC), gadolinium strontium cobalt oxide (GSC), lanthanum strontium ferrite (Lanthanum at least one of strontium ferrite (LSF), samarium strontium cobalt oxide (SSC), barium strontium cobalt ferrite (BSCF) and lanthanum strontium gallium magnesium oxide (LSGM) . ≪ / RTI >

상기 캐소드는 란탄 스트론튬 망간 산화물(Lanthanum strontium manganese oxide: LSM), 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF), 란탄 스트론튬 니켈 페라이트(Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF), 란탄 칼슘 니켈 페라이트(Lanthanum calcium nickel ferrite: LCNF), 란탄 스트론튬 코발트 산화물(Lanthanum strontium cobalt oxide: LSC), 가돌리늄 스트론튬 코발트 산화물(Gadolinium strontium cobalt oxide: GSC), 란탄 스트론튬 페라이트 (Lanthanum strontium ferrite: LSF), 사마리움 스트론튬 코발트 산화물 (Samarium strontium cobalt oxide: SSC), 바리움 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium cobalt ferrite : BSCF) 및 란탄 스트론튬 갈륨 마그네슘 산화물(Lanthanum strontium gallium magnesium oxide: LSGM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The cathode may be selected from the group consisting of lanthanum strontium manganese oxide (LSM), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), lanthanum strontium nickel ferrite (LSNF), lanthanum calcium nickel ferrite ferrite (LCNF), lanthanum strontium cobalt oxide (LSC), gadolinium strontium cobalt oxide (GSC), lanthanum strontium ferrite (LSF), samarium strontium cobalt oxide cobalt oxide (SSC), barium strontium cobalt ferrite (BSCF), and lanthanum strontium gallium magnesium oxide (LSGM).

상기 캐소드는 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF), 란탄 스트론튬 코발트 산화물(Lanthanum strontium cobalt oxide: LSC) 및 바리움 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium cobalt ferrite: BSCF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The cathode may include at least one of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), lanthanum strontium cobalt oxide (LSC), and barium strontium cobalt ferrite (BSCF).

상기 캐소드의 평균두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 캐소드의 평균두께는 20㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다.The average thickness of the cathode may be 10 탆 or more and 100 탆 or less. Specifically, the average thickness of the cathode may be 20 占 퐉 or more and 50 占 퐉 or less.

상기 캐소드의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 캐소드의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.The porosity of the cathode may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the cathode may be 10% or more and 30% or less.

상기 캐소드의 기공의 평균직경은 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 캐소드의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 캐소드의 기공의 평균직경은 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하일 수 있다.The average diameter of the pores of the cathode may be 0.1 占 퐉 or more and 10 占 퐉 or less. Specifically, the average diameter of the pores of the cathode may be 0.5 占 퐉 or more and 5 占 퐉 or less. More specifically, the average diameter of the pores of the cathode may be 0.5 占 퐉 or more and 2 占 퐉 or less.

본 명세서는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층을 제조하는 단계; 상기 애노드 지지층 상에 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층을 제조하는 단계; 및 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 제조하는 단계를 포함하는 것인 애노드의 제조방법을 제공한다.The present disclosure relates to a method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of: preparing an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide; Preparing an anode functional layer comprising a ceria based metal oxide on the anode support layer; And preparing a buffer layer provided between the anode support layer and the anode functional layer, the buffer layer including a zirconia-based metal oxide of the anode support layer and a ceria-based metal oxide of the anode functional layer. to provide.

본 명세서는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층을 제조하는 단계; 상기 애노드 지지층 상에 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층을 제조하는 단계; 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 제조하는 단계; 및 상기 애노드 기능층 상에 제2 세리아계 금속산화물을 포함하는 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 구조체의 제조방법을 제공한다.The present disclosure relates to a method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of: preparing an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide; Preparing an anode functional layer comprising a first ceria based metal oxide on the anode support layer; Preparing a buffer layer provided between the anode support layer and the anode functional layer, the buffer layer comprising a zirconia-based metal oxide of the anode support layer and a first ceria based metal oxide of the anode functional layer; And forming an electrolyte layer including a second ceria based metal oxide on the anode functional layer.

상기 전극 구조체의 제조방법은 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층용 슬러리를 이용하여 애노드 지지층을 제조하는 단계; 상기 애노드 지지층 상에 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층용 슬러리를 이용하여 애노드 기능층을 제조하는 단계; 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층용 슬러리를 이용하여 버퍼층을 제조하는 단계; 및 상기 애노드 기능층 상에 제2 세리아계 금속산화물을 포함하는 전해질층용 슬러리를 이용하여 전해질층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The method for fabricating the electrode structure includes the steps of: preparing an anode support layer using a slurry for an anode support layer containing a zirconia-based metal oxide; Preparing an anode functional layer using a slurry for an anode functional layer containing a first ceria based metal oxide on the anode support layer; Fabricating a buffer layer between the anode support layer and the anode functional layer and using the slurry for the buffer layer comprising the zirconia-based metal oxide of the anode support layer and the first ceria-based metal oxide of the anode functional layer; And forming an electrolyte layer using a slurry for an electrolyte layer containing a second ceria based metal oxide on the anode functional layer.

상기 애노드 지지층, 버퍼층, 애노드 기능층 및 전해질층의 제조방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 각 층의 슬러리를 순차적으로 코팅 후 이를 건조 및 소성하거나, 각 층의 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 각 층용 그린시트를 제조하고, 각 층용 그린시트 단독 또는 이웃한 층의 그린시트와 함께 소성하여 각 층을 제조할 수 있다. The method for preparing the anode support layer, the buffer layer, the anode functional layer and the electrolyte layer is not particularly limited. For example, the slurry of each layer may be coated sequentially, followed by drying and firing the slurry, or the slurry of each layer may be coated on a separate release paper Coated and dried to prepare a green sheet for each layer, and each layer can be produced by firing together with a green sheet for each layer, or a green sheet of an adjacent layer.

상기 애노드 지지층용 슬러리, 버퍼층용 슬러리 및 애노드 기능층용 슬러리는 각각 독립적으로 NiO를 더 포함할 수 있다. The slurry for the anode support layer, the slurry for the buffer layer, and the slurry for the anode functional layer may each further include NiO.

상기 각 층용 슬러리는 각각 독립적으로 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The binder resin, the plasticizer, the dispersant, and the solvent are not particularly limited, and any of the conventional materials known in the art may be used as the binder resin, the plasticizer, the dispersant, and the solvent. Can be used.

상기 애노드 지지층용 슬러리, 버퍼층용 슬러리 및 애노드 기능층용 슬러리 중 각 층용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 산소이온 전도성을 갖는 금속 산화물 입자 및 NiO의 함량은 각각 40 중량% 이상 70 중량% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 산소이온 전도성을 갖는 금속 산화물 입자는 애노드 지지층에서는 지르코니아계 금속 산화물 입자이고, 애노드 기능층에서는 제1 세리아계 금속 산화물 입자이고, 버퍼층에서는 지르코니아계 금속 산화물 입자 및 제1 세리아계 금속 산화물 입자를 의미한다. The content of the metal oxide particles having oxygen ion conductivity and the content of NiO may be 40 wt% or more and 70 wt% or less based on the total weight of the slurry for each layer in the slurry for the anode support layer, the slurry for the buffer layer and the slurry for the anode functional layer . Specifically, the metal oxide particles having oxygen ion conductivity are zirconia-based metal oxide particles in the anode support layer, first ceria based metal oxide particles in the anode functional layer, and zirconia-based metal oxide particles and first ceria based metal oxide Particles.

상기 전해질층용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 산소이온 전도성을 갖는 금속 산화물 입자의 함량은 40 중량% 이상 70 중량% 이하일 수 있다. The content of the metal oxide particles having oxygen ion conductivity may be 40 wt% or more and 70 wt% or less based on the total weight of the slurry for the electrolyte layer.

상기 각 층용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 용매의 함량이 10중량% 이상 30중량% 이하이고, 분산제의 함량이 5중량% 이상 10중량% 이하이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 이상 3중량% 이하이고, 바인더 수지의 함량이 10중량% 이상 30중량% 이하일 수 있다.Wherein the content of the solvent is 10 wt% or more and 30 wt% or less, the content of the dispersant is 5 wt% or more and 10 wt% or less, the content of the plasticizer is 0.5 wt% or more and 3 wt% or less, And the content of the binder resin may be 10 wt% or more and 30 wt% or less.

상기 전극 구조체의 제조방법은 상기 전해질층 상에 캐소드를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for fabricating the electrode structure may further include forming a cathode on the electrolyte layer.

상기 캐소드의 제조방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 캐소드용 슬러리를 전해질층 상에 직접 코팅하여 이를 건조 및 소성하거나, 캐소드 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 캐소드용 그린시트를 제조하고, 캐소드용 그린시트 단독 또는 이웃한 층의 그린시트와 함께 소성하여 캐소드를 제조할 수 있다. The method for producing the cathode is not particularly limited. For example, the cathode slurry may be directly coated on the electrolyte layer, followed by drying and firing. Alternatively, the cathode slurry may be coated on a separate release paper and dried to prepare a cathode green sheet And the cathode may be fired together with the green sheet for the cathode alone or with the green sheet of the adjacent layer.

상기 캐소드용 그린시트의 두께는 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하일 수 있다.The thickness of the green sheet for the cathode may be 10 μm or more and 100 μm or less.

상기 캐소드용 슬러리는 산소이온 전도성을 갖는 무기물 입자를 포함하며, 필요에 따라 상기 캐소드용 슬러리는 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The cathode slurry may include inorganic particles having oxygen ion conductivity. If necessary, the cathode slurry may further include at least one of a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent. The binder resin, the plasticizer, The solvent is not particularly limited, and conventional materials known in the art can be used.

상기 캐소드용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 산소이온 전도성을 갖는 무기물 입자의 함량이 40중량% 이상 70중량% 이하이며, 용매의 함량이 10중량% 이상 30중량% 이하이고, 분산제의 함량이 5중량% 이상 10중량% 이하이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 이상 3중량% 이하이고, 바인더 수지의 함량이 10중량% 이상 30중량% 이하일 수 있다.Wherein the content of the inorganic particle having oxygen ion conductivity is 40 wt% or more and 70 wt% or less, the content of the solvent is 10 wt% or more and 30 wt% or less based on the total weight of the slurry for cathode, 5 to 10% by weight, the plasticizer content is 0.5 to 3% by weight, and the binder resin content is 10 to 30% by weight.

이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following embodiments are intended to illustrate the present disclosure and are not intended to limit the present disclosure.

[실시예][Example]

[실시예 1][Example 1]

AFL층, buffer층, ASL층 및 전해질층이 순차적으로 적층된 구조의 하프셀로서, 이 때 buffer층의 두께는 소결 후 약 4μm ~ 6μm이었다. buffer층의 조성은 중량비 NiO : YSZ : GDC = 3 : 1 : 1로 이루어져 있다. 소결 후 ASL의 조성은 중량비 약 NiO : YSZ = 13 : 7 이며, AFL의 조성은 약 NiO : GDC = 1 : 1 이다. 셀 제조방법으로서는 테이프캐스팅방법으로 제작된 각각의 ASL, buffer, AFL 및 EL의 그린시트(green sheet)를 약 90℃ 정도의 히팅롤을 사용하여 적층한 후 전기로에서 약 1300℃ ~ 1400℃의 온도영역에서 가소결, 약 1400℃ ~ 1500℃의 온도영역에서 소결하여 평평한 하프셀을 제작하였다.The AFL layer, the buffer layer, the ASL layer and the electrolyte layer were sequentially stacked. The thickness of the buffer layer was about 4 μm to 6 μm after sintering. The composition of the buffer layer is NiO: YSZ: GDC = 3: 1: 1 by weight. After sintering, the composition of ASL is about NiO: YSZ = 13: 7 by weight, and the composition of AFL is about NiO: GDC = 1: 1. As a cell manufacturing method, a green sheet of each ASL, buffer, AFL and EL manufactured by a tape casting method is laminated using a heating roll of about 90 ° C, and then heated in an electric furnace at a temperature of about 1300 ° C to 1400 ° C And sintered in a temperature range of about 1400 ° C to 1500 ° C to fabricate a flat half cell.

[실시예 2][Example 2]

AFL층, buffer층, ASL층 및 전해질층이 순차적으로 적층된 구조의 하프셀로서, 이 때 buffer층의 두께는 소결 후 약 8μm ~ 12 μm인 것을 제외하고, 실시예 1과 각층의 조성 및 셀의 제조방법이 동일하다.The AFL layer, the buffer layer, the ASL layer and the electrolyte layer were sequentially stacked. The thickness of the buffer layer was about 8 μm to 12 μm after sintering. Are the same.

[비교예 1][Comparative Example 1]

buffer층없이, ASL과 AFL이 접합된 구조의 하프셀로서, 소결 후 ASL의 조성은 중량비 약 NiO : GDC = 3 : 2 이며, AFL의 조성은 약 NiO : GDC = 1 : 1 이다. 셀 제조방법은 buffer층을 제외하고 실시예 1과 동일하다.The composition of ASL after sintering is about NiO: GDC = 3: 2, and the composition of AFL is about NiO: GDC = 1: 1. The cell manufacturing method is the same as that of Embodiment 1 except for the buffer layer.

[비교예 2][Comparative Example 2]

buffer층없이, ASL과 AFL이 접합된 구조의 하프셀로서, ASL은 NiO와 YSZ로 구성되어 있으며, AFL은 NiO와 GDC로 구성되어 있다. 소결 후 ASL의 조성은 중량비 약 NiO : YSZ = 13 : 7 이며, AFL의 조성은 약 NiO : GDC = 1 : 1 이다. 셀 제조방법은 buffer층을 제외하고 실시예 1과 동일하다. ASL is composed of NiO and YSZ, and AFL is composed of NiO and GDC. After sintering, the composition of ASL is about NiO: YSZ = 13: 7 by weight, and the composition of AFL is about NiO: GDC = 1: 1. The cell manufacturing method is the same as that of Embodiment 1 except for the buffer layer.

[실험예 1][Experimental Example 1]

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 하프셀에 대한 셀 굽힘강도와, 하프셀의 전해질층 상에 캐소드를 적용한 풀셀의 가동환경에서의 저항값 및 가동전력을 측정하여, 하기 표 1 및 도 3에 나타냈다. 풀셀은, 제작된 10 cm x 10 cm 크기의 하프셀을 Φ25mm의 디스크 모양으로 절단하고, 그 위에 캐소드 페이스트를 스크린프린팅을 통해 적층한 뒤 약 1100℃에서 소결하여 셀을 제작하였다. 하프셀 굽힘강도는 ISO 178 시험법에 따라 측정했으며, 셀 저항값은 AC임피던스법을 통해 측정했고, 셀 가동전력은 캐소드 및 애노드에 각각 500 sccm 유량의 공기, 200 sccm의 3%의 H2O를 포함한 수소가 공급되는 환경에서 600℃, 0.5A/cm2의 전류밀도가 적용된 조건에서 측정하였다.The cell bending strengths of the half cells prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 and the resistance and the operating power of the pull cell in which the cathode was applied on the electrolyte layer of the half cell were measured, 1 and Fig. 3, respectively. The prepared full-cell half-cell of 10 cm × 10 cm size was cut into a disk shape of Φ25 mm, a cathode paste was laminated thereon by screen printing, and sintered at about 1100 ° C. to prepare a cell. Has a half-cell, the bending strength is measured in accordance with ISO 178 test method, the cell resistance value was measured by the AC impedance method, the cell operating power is the cathode and a 500 sccm flow rate of each of the anode air, 3% of 200 sccm of H 2 O At a temperature of 600 ° C and a current density of 0.5 A / cm 2 .

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 셀 굽힘강도 (ISO 178)Cell Bending Strength (ISO 178) 144MPa144MPa 150MPa150MPa 85MPa85 MPa 160MPa160MPa 셀 저항값
(AC impedance spectroscopy)Cell resistance value
(AC impedance spectroscopy) 0.16Ωcm2 0.16? Cm 2 0.15Ωcm2 0.15? Cm 2 0.15Ωcm2 0.15? Cm 2 0.27Ωcm2 0.27? Cm 2 셀 가동전력
Under 0.5Acm-2 current density @ 600℃Cell operating power
Under 0.5Acm -2 current density @ 600 ℃ 395mW/cm2 395 mW / cm 2 401mW/cm2 401 mW / cm 2 405mW/cm2 405 mW / cm 2 372mW/cm2 372 mW / cm 2

상기 표 1 및 도 3을 통해, buffer층을 적용한 실시예 1 및 2는, 비교예 1과 비교하여 약 70% 내지 76% 높은 굽힘강도를 보임으로, 실제로 셀을 스택에 적용할 때 필요로 하는 셀의 기계적 강도가 크게 향상된 셀임을 알 수 있으며, 비교예 2와 비교하여 약 60% 낮은 셀 저항과 더 높은 셀 가동전력을 보이므로, 셀 구동 시 요구되는 전력밀도가 더 향상된 셀 임을 확인할 수 있다. 특히, 비교예 2는 AFL과 ASL의 미세구조에서 관찰된 바와 같이, AFL과 ASL의 미약한 계면접합이 셀의 장기 내구성 면에서도 부정적인 효과가 우려되는 반면, 실시예 1과 2는 AFL 및 ASL이 치밀한 접합을 통해 장기내구성 면에서 비교예 2에 비해 우수한 셀임을 간접적으로 확인할 수 있다.In Table 1 and FIG. 3, Examples 1 and 2 to which the buffer layer was applied showed a bending strength of about 70% to 76% higher than Comparative Example 1, It can be seen that the mechanical strength of the cell is greatly improved and the cell resistance is about 60% lower and the cell operating power is higher than that of the comparative example 2, . Particularly, in Comparative Example 2, as observed in the microstructure of AFL and ASL, weak interfacial bonding between AFL and ASL is likely to negatively affect the long-term durability of the cell, while Examples 1 and 2 show that AFL and ASL It can be indirectly confirmed that the cell is superior to the cell of Comparative Example 2 in terms of long-term durability through the tight bonding.

[실험예 2][Experimental Example 2]

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 하프셀의 단면도를 주사전자현미경으로 관측한 결과를 도 4 내지 도 6에 도시했다. Sectional views of the half cells prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were observed with a scanning electron microscope, and the results are shown in Figs.

도 5 및 도 6을 비교하면, 버퍼층없이, 지르코니아계 금속 산화물을 갖는 애노드 지지층(ASL)과 세리아계 금속산화물을 갖는 애노드 기능층(AFL)이 구비된 비교예 2는 ASL과 AFL 사이의 계면이 박리된 것을 알 수 있다. 한편, 버퍼층이 구비된 실시예 1의 경우에는 계면이 박리되지 않은 것을 확인할 수 있다.5 and 6, in Comparative Example 2 in which an anode supporting layer (ASL) having a zirconia-based metal oxide and an anode functional layer (AFL) having a ceria-based metal oxide were provided without a buffer layer, the interface between ASL and AFL It can be seen that it is peeled off. On the other hand, in the case of Example 1 having the buffer layer, it can be confirmed that the interface is not peeled off.

ASL: 애노드 지지층
AFL: 애노드 기능층
EL: 전해질층
Buffer: 버퍼층ASL: anode support layer
AFL: anode functional layer
EL: electrolyte layer
Buffer: buffer layer

Claims (6)

지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층,
상기 애노드 지지층 상에 구비되고 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층, 및
상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 포함하는 애노드.An anode supporting layer containing a zirconia-based metal oxide,
An anode functional layer provided on the anode supporting layer and containing a ceria based metal oxide, and
And a buffer layer provided between the anode supporting layer and the anode functional layer and including a zirconia-based metal oxide of the anode supporting layer and a ceria-based metal oxide of the anode functional layer. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼층의 평균두께는 1㎛ 이상 50㎛ 이하인 것인 애노드.The anode according to claim 1, wherein the average thickness of the buffer layer is 1 탆 or more and 50 탆 or less. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼층에서, 상기 지르코니아계 금속 산화물의 중량을 기준으로, 상기 세리아계 금속산화물의 함량은 20% 이상 100% 이하인 것인 애노드.The anode according to claim 1, wherein in the buffer layer, the content of the ceria based metal oxide is 20% or more and 100% or less based on the weight of the zirconia-based metal oxide. 애노드 및 상기 애노드 상에 구비된 전해질층을 포함하는 전극 구조체로서,
상기 애노드는 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층, 상기 애노드 지지층 상에 구비되고 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층, 및 상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 제1 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 포함하며,
상기 전해질층은 상기 애노드 기능층 상에 구비되고 제2 세리아계 금속산화물을 포함하는 전해질층을 포함하는 것인 전극 구조체.An electrode structure comprising an anode and an electrolyte layer provided on the anode,
Wherein the anode comprises an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide, an anode functional layer provided on the anode support layer and comprising a first ceria based metal oxide, and an anode functional layer provided between the anode support layer and the anode functional layer, And a buffer layer comprising a zirconia-based metal oxide and a first ceria-based metal oxide of the anode functional layer,
Wherein the electrolyte layer comprises an electrolyte layer provided on the anode functional layer and including a second ceria based metal oxide. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른 애노드, 상기 애노드의 애노드 기능층 상에 구비된 전해질층, 및 상기 전해질층 상에 구비된 캐소드를 포함하는 연료 전지.A fuel cell comprising an anode according to any one of claims 1 to 3, an electrolyte layer provided on the anode functional layer of the anode, and a cathode provided on the electrolyte layer. 지르코니아계 금속 산화물을 포함하는 애노드 지지층을 제조하는 단계;
상기 애노드 지지층 상에 세리아계 금속산화물을 포함하는 애노드 기능층을 제조하는 단계; 및
상기 애노드 지지층과 상기 애노드 기능층 사이에 구비되고, 상기 애노드 지지층의 지르코니아계 금속 산화물과 상기 애노드 기능층의 세리아계 금속산화물을 포함하는 버퍼층을 제조하는 단계를 포함하는 것인 애노드의 제조방법.Preparing an anode support layer comprising a zirconia-based metal oxide;
Preparing an anode functional layer comprising a ceria based metal oxide on the anode support layer; And
And a buffer layer provided between the anode support layer and the anode functional layer, the buffer layer comprising a zirconia-based metal oxide of the anode support layer and a ceria-based metal oxide of the anode functional layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230093190A (en) * 2022-06-16 2023-06-27 한국세라믹기술원 Highly active electrode through microstructure control using ultrasonic spray method and solid oxide fuel cell including the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100104153A (en) * 2009-03-16 2010-09-29 한국과학기술연구원 Anode-supported solid oxide fuel cell having pore-gradient structure for forming thin film electrolyte and the fabrication method thereof
KR20130123189A (en) * 2012-05-02 2013-11-12 삼성전자주식회사 Anode support for solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof, and solid oxide fuel cell including the anode support
KR20140085431A (en) * 2011-08-25 2014-07-07 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크. Composite anode for a solid oxide fuel cell with improved mechanical integrity and increased efficiency
KR20140108197A (en) * 2014-07-24 2014-09-05 한국에너지기술연구원 Flat tubular segment-in-series sofc and method of fabricating thereof
KR20160011472A (en) * 2014-07-22 2016-02-01 한국과학기술연구원 Anode Supported Solid Oxide Fuel Cell by using low temperature co-firing and manufacturing method thereof
KR20160059419A (en) 2014-11-18 2016-05-26 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing solid oxide fuel cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100104153A (en) * 2009-03-16 2010-09-29 한국과학기술연구원 Anode-supported solid oxide fuel cell having pore-gradient structure for forming thin film electrolyte and the fabrication method thereof
KR20140085431A (en) * 2011-08-25 2014-07-07 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크. Composite anode for a solid oxide fuel cell with improved mechanical integrity and increased efficiency
KR20130123189A (en) * 2012-05-02 2013-11-12 삼성전자주식회사 Anode support for solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof, and solid oxide fuel cell including the anode support
KR20160011472A (en) * 2014-07-22 2016-02-01 한국과학기술연구원 Anode Supported Solid Oxide Fuel Cell by using low temperature co-firing and manufacturing method thereof
KR20140108197A (en) * 2014-07-24 2014-09-05 한국에너지기술연구원 Flat tubular segment-in-series sofc and method of fabricating thereof
KR20160059419A (en) 2014-11-18 2016-05-26 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing solid oxide fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230093190A (en) * 2022-06-16 2023-06-27 한국세라믹기술원 Highly active electrode through microstructure control using ultrasonic spray method and solid oxide fuel cell including the same
WO2023243778A1 (en) * 2022-06-16 2023-12-21 한국세라믹기술원 Highly active electrode through microstructure control using ultrasonic spray method, mehtod for preparing same, and solid oxide fuel cell comprising same

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