KR20190005083A - Manufacturing method of slurry for solid oxide fuel cell and slurry for solid oxide fuel cell manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지용 슬러리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공명 음향 혼합(Resonance Acoustic Mixing, RAM)을 이용하여 공정시간의 단축 및 슬러리의 분산도를 증가시킬 수 있는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지용 슬러리에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a slurry for a solid oxide fuel cell and a slurry for a solid oxide fuel cell produced thereby, and more particularly, to a method for shortening a processing time and dispersing a slurry using Resonance Acoustic Mixing (RAM) The present invention relates to a slurry for a solid oxide fuel cell and a slurry for a solid oxide fuel cell produced thereby.
고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 산소 또는 수소 이온 전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하여 종래의 전지들에 비해 이산화탄소 배출량을 크게 감소시킬 수 있는 환경친화적 에너지원으로, 고효율 특성을 갖고 있다. 일반적으로 고체산화물 연료전지는 고체전해질(solid electrolyte)과 상기 고체전해질의 양면에 공기극(cathode) 및 연료극(anode)이 각각 배치된 구조를 갖는다. 구체적으로, 고체산화물 연료전지는 상기 공기극에서 공기가 전기화학적으로 환원되면서 산소 이온을 생성하고, 상기 산소 이온은 상기 고체전해질을 통해 연료극으로 전달되어 연료극에 주입된 연료와 결합하여 전기화학적으로 산화되면서 전자를 내어놓으며, 상기 전자가 외부회로를 따라 이동함에 따라 전기가 발생된다.Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is an environmentally friendly energy source that can significantly reduce carbon dioxide emissions compared to conventional batteries by using solid oxides with oxygen or hydrogen ion conductivity as an electrolyte. I have. Generally, a solid oxide fuel cell has a structure in which a solid electrolyte and a cathode and an anode are disposed on both sides of the solid electrolyte. Specifically, in the solid oxide fuel cell, air is electrochemically reduced in the air electrode to generate oxygen ions, and the oxygen ions are transferred to the fuel electrode through the solid electrolyte, combined with the fuel injected into the fuel electrode, and electrochemically oxidized Electricity is generated as the electrons move along the external circuit.
고체산화물 연료전지의 연료극은 수소가 수소 이온으로 산화되는 과정에서의 반응 면적 확대와 농도 감소 등을 통한 전기화학적 활성도 및 전기전도도의 향상을 위하여 주로 다공층의 미세구조를 갖는다. 이에, 종래에는 고체산화물 연료전지 제조시, 연료극을 펠렛(pellet) 형태로 제조하여 전해질을 디핑법(dipping) 또는 스프레이 코팅법(spray coating)으로 배치하는 방법이 사용되었으나, 다공성 구조의 연료극과 전해질의 수축율을 제어하기 어려워 균열 및 박리 현상이 나타나는 문제점이 있다. 이에, 현재는 슬러리(slurry)를 제조하여 테이프 캐스팅법(tape casting)으로 시트(sheet) 형태의 연료극 지지체와 전해질 슬러리를 층층이 쌓아 적층하여 치밀한 전해질층을 제조하는 방법이 많이 활용되고 있다. The anode of the solid oxide fuel cell mainly has a microstructure of the porous layer in order to improve the electrochemical activity and the electric conductivity through the increase of the reaction area and the decrease in the concentration in the process of hydrogen oxidation to hydrogen ion. Conventionally, a method of preparing a fuel electrode in the form of a pellet and arranging the electrolyte by dipping or spray coating has been used in the production of a solid oxide fuel cell. However, It is difficult to control the shrinkage ratio of the substrate, which causes cracking and peeling. Therefore, currently, a method of manufacturing a dense electrolyte layer by stacking a fuel electrode support and an electrolyte slurry in the form of a sheet by tape casting and stacking the electrolyte slurry is widely used.
그러나, 슬러리 제조시 수행하고 있는 볼 밀링(ball milling) 공정 또는 바스켓 밀링(basket milling) 공정은 균일한 혼합이 가능하나, 공정시간이 72시간 이상 소요되는 문제점이 있어 개선이 필요하다.However, the ball milling process or the basket milling process, which is performed during the production of the slurry, can be uniformly mixed, but requires a process time of 72 hours or longer.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 슬러리 제조공정 시간을 단축시킬 수 있는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고체산화물 연료전지용 슬러리를 제공하는 데에 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention is to provide a slurry preparation method for a solid oxide fuel cell capable of shortening the time for slurry production, and a slurry for a solid oxide fuel cell produced thereby.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 원료 분말, 분산제를 포함한 용매, 결합제 및 가소제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 혼합 공정은 공명 음향 혼합을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a slurry, comprising mixing raw material powder, a solvent including a dispersant, a binder and a plasticizer to prepare a slurry, wherein the mixing process is performed using resonance acoustic mixing By weight based on the total weight of the slurry for a solid oxide fuel cell.
상기 원료 분말은 지르코니아(Zr)계, 세리아(Ce)계, 란타늄(La)마그네사이트(Mn)계 및 비스무스(Bi)계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 산화물 분말, 니켈(Ni) 산화물을 포함하는 금속 산화물 분말 및 기공 형성제를 포함하는 것일 수 있다.The raw material powder may be at least one oxide powder selected from the group consisting of zirconia (Zr), ceria, lanthanum magnesite and bismuth, a metal oxide containing nickel (Ni) Powders and pore-forming agents.
상기 혼합 공정을 수행하기 이전에, 상기 원료 분말과 상기 분산제를 포함한 용매를 각각 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합시켜 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include preparing the raw material powder and the solvent containing the dispersant by mixing them using resonance acoustic mixing before performing the mixing process.
상기 혼합 공정은, 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 제1 혼합공정, 상기 제1 혼합물에 상기 결합제를 첨가한 후, 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 제2 혼합공정 및 상기 제2 혼합물에 상기 가소제를 첨가한 후, 혼합하여 상기 슬러리를 형성하는 제3 혼합공정을 포함하는 것일 수 있다. Wherein the mixing step comprises a first mixing step of mixing the raw material powder and the solvent containing the dispersing agent to form a first mixture, a second mixing step of adding the binder to the first mixture, And a third mixing step of adding the plasticizer to the second mixture and then mixing to form the slurry.
상기 혼합 공정은, 상기 제1 혼합공정, 상기 제2 혼합공정 및 상기 제3 혼합공정 중에서 적어도 어느 하나의 혼합공정에 분쇄용 볼(ball)을 첨가하여 혼합하는 공정을 더 포함하는 것일 수 있다. The mixing step may further include adding a ball for grinding to the mixing step of at least one of the first mixing step, the second mixing step and the third mixing step.
상기 공명 음향 혼합은 60 내지 80 G의 가속도로 혼합 공정을 수행하는 것일 수 있다. The resonance acoustic mixing may be performed by a mixing process at an acceleration of 60 to 80 G.
상기 공명 음향 혼합은 80 G의 가속도로, 3분 내지 60분의 시간동안 혼합 공정을 수행하는 것일 수 있다. The resonance acoustic mixing may be performed at an acceleration of 80 G for a time of 3 minutes to 60 minutes.
본 발명의 다른 측면은, 원료 분말, 분산제를 포함한 용매, 결합제 및 가소제를 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합시켜 제조된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리를 제공할 수 있다.Another aspect of the present invention provides a slurry for a solid oxide fuel cell, which is produced by mixing a raw material powder, a solvent including a dispersant, a binder and a plasticizer using resonance acoustic mixing.
본 발명의 공명 음향 혼합을 이용한 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법은, 종래의 볼 밀링 공정을 이용한 슬러리 제조방법 보다 제조 공정 시간을 크게 단축시킬 수 있다.The method of manufacturing a slurry for a solid oxide fuel cell using resonance acoustic mixing according to the present invention can significantly shorten a manufacturing time compared to a slurry manufacturing method using a conventional ball milling process.
또한, 상기 방법으로 제조된 고체산화물 연료전지용 슬러리는 파쇄 및 분산이 고르게 되어 있어, 테이프 캐스팅 공정에서 슬러리의 뭉침 현상이 발생하지 않아 용이하게 활용될 수 있다. In addition, the slurry for a solid oxide fuel cell produced by the above method has a uniform crushing and dispersing property, so that slurry does not aggregate in a tape casting process and can be easily utilized.
아울러, 상기 방법으로 제조된 고체산화물 연료전지용 슬러리는 균일한 혼합으로 표면 거칠기를 낮출 수 있어, 이를 채용한 전지의 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, the slurry for a solid oxide fuel cell manufactured by the above method can lower the surface roughness by uniform mixing and improve the quality of the battery employing the same.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예1, 실시예2 및 실시예3에서 제조된 각각의 슬러리를 테이프 캐스팅(tape casting) 후에 건조하고, 테이프 표면을 관찰하여 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 비교예1 및 실시예1에서 제조된 슬러리를 테이프 표면에 부착시켜 주사전자현미경으로 표면을 관찰하여 나타낸 SEM이미지이다.
도 4는 본 발명의 비교예1 및 실시예4에서 제조된 슬러리의 표면을 주사전자현미경으로 관찰하여 나타낸 SEM이미지이다.1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a slurry for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are images showing the slurry produced in Examples 1, 2, and 3 according to an embodiment of the present invention after drying by tape casting and observing the surface of the tape .
3 is an SEM image showing the surface of a slurry prepared in Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention attached to a tape surface and observed with a scanning electron microscope.
4 is an SEM image showing the surface of the slurry prepared in Comparative Example 1 and Example 4 of the present invention observed with a scanning electron microscope.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims. Like reference numerals throughout the specification denote like elements.
본 발명의 일 측면은, 원료 분말, 분산제를 포함한 용매, 결합제 및 가소제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 혼합 공정은 공명 음향 혼합을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법을 제공할 수 있다.In one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a solid oxide fuel cell, comprising the steps of mixing a raw material powder, a solvent including a dispersant, a binder and a plasticizer to prepare a slurry, A method for producing a slurry can be provided.
구체적으로, 상기 공명 음향 혼합은 음향 공명의 원리를 이용하여 혼합물의 입자를 분산 또는 입자를 파쇄시켜 혼합하는 방법일 수 있다. 더욱 상세하게는, 혼합물을 구성하는 입자 크기를 미세화 할 수 있는 천연의 공명 음향 주파수(resonant acoustic frequency)를 이용하여 상기 혼합물을 음향 공명(acoustic resonance) 상태로 유도할 수 있다. 이 때, 상기 공명 음향 주파수를 포함하는 음향 에너지가 혼합물을 구성하는 입자 내부에 쌓여 입자를 구조 내부 또는 주위 매질로 고유 분산되는 것일 수 있다. 이에, 본 발명은 상술한 원리를 이용한 공명 음향 혼합을 이용하여 슬러리를 구성하는 혼합물의 혼합 공정을 수행함에 따라, 혼합 공정에서 생성되는 거대 입자 및 응집 입자의 파쇄 및 분산도를 높일 수 있어, 균일한 혼합을 통해 슬러리의 품질을 향상시킬 수 있다.Specifically, the resonance acoustic mixing may be a method of dispersing or mixing particles of the mixture using the principle of acoustic resonance. More specifically, the mixture can be induced to an acoustic resonance state using a natural resonant acoustic frequency capable of refining the particle size constituting the mixture. At this time, the acoustic energy including the resonance acoustic frequency may be accumulated inside the particles constituting the mixture, and the particles may be intrinsically dispersed in the structure or the surrounding medium. Accordingly, by performing the mixing process of the mixture constituting the slurry using resonance acoustic mixing using the above-mentioned principle, it is possible to increase the crushing and dispersing degree of the large particles and aggregated particles produced in the mixing process, The mixing can improve the quality of the slurry.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공명 음향 혼합은 통상의 공명 음향 혼합 장치를 이용할 수 있으며, 상기 공명 음향 혼합 장치는 주입된 전자기 에너지를 물리적 진동 및 음향 에너지로 전환시키는 변환기를 구비한 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the resonant acoustic mixing may use a conventional resonance acoustic mixing device, and the resonance acoustic mixing device may include a converter that converts the injected electromagnetic energy into physical vibration and acoustic energy .
상기 원료 분말은 상기 고체산화물 연료전지용 슬러리의 사용 용도에 따라 상기 원료 분말의 종류가 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 고체산화물 연료전지용 슬러리를 고체전해질층 제조에 사용하는 경우, 상기 원료 분말은 고체전해질 형성용 분말을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 고체전해질 형성용 분말은 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia, YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 내지 0.15) 분말을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또는, 상기 고체산화물 연료전지용 슬러리를 연료극 지지층 제조에 사용하는 경우, 상기 원료 분말은 연료극 지지층 형성용 분말을 포함하는 것일 수 있다. The kind of the raw material powder may vary depending on the use of the slurry for a solid oxide fuel cell. Specifically, when the slurry for a solid oxide fuel cell is used for producing a solid electrolyte layer, the raw material powder may include powder for forming a solid electrolyte. Specifically, for example, the powder for forming a solid electrolyte may include a powder of Yttria Stabilized Zirconia (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1 -x , x = 0.05 to 0.15) , But is not limited thereto. Alternatively, when the slurry for the solid oxide fuel cell is used for producing the anode support layer, the raw material powder may include powder for forming the anode support layer.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 고체산화물 연료전지용 슬러리는 연료극 지지층 제조에 사용하기 위한 슬러리를 제조하는 것으로, 상기 원료 분말은 연료극 지지층 형성용 분말일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 연료극 지지층 형성용 분말은 전도성 금속 산화물 분말 및 기공 형성제를 포함하는 것일 수 있다. 상기 전도성 금속 산화물은 Ni, Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, Bi 및 Nd 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 화합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In one embodiment of the present invention, the slurry for a solid oxide fuel cell produces a slurry for use in manufacturing an anode support layer, and the raw material powder may be a powder for forming an anode support layer. Specifically, for example, the powder for forming the anode support layer may include a conductive metal oxide powder and a pore-forming agent. The conductive metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Ni, Zr, Ce, Ti, Mg, Al, Si, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Y, Nb, Sn, La, Ta, V, But are not limited to, one or more compounds.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 원료 분말은 지르코니아(Zr)계, 세리아(Ce)계, 란타늄(La)마그네사이트(Mn)계 및 비스무스(Bi)계 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 산화물 분말, 니켈(Ni) 산화물을 포함하는 금속 산화물 분말 및 기공 형성제를 포함하는 것일 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 원료 분말은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 분말, 산화니켈(NiO) 분말 및 기공 형성제를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the raw material powder includes at least one oxide powder selected from the group consisting of zirconia (Zr), ceria, lanthanum magnesite (Mn), and bismuth (Bi) (Ni) oxide, and a pore-forming agent. More specifically, the raw material powder may include a yttria stabilized zirconia (YSZ) powder, a nickel oxide (NiO) powder, and a pore-forming agent.
상기 기공 형성제는 기공 구조를 형성할 수 있는 통상의 물질을 사용하는 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 기공 형성제는 디에틸글리콜(diethylglycol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The pore-forming agent may be a conventional material capable of forming a pore structure. Specifically, for example, the pore former may be selected from the group consisting of diethylglycol, polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol and polymethylmethacrylate , PMMA), but the present invention is not limited thereto.
상기 분산제를 포함한 용매에서, 용매는 상기 원료 분말, 상기 분산제, 상기 결합제 및 상기 가소제 등의 첨가제의 혼합 및 이를 포함하는 슬러리 조성물의 유동성 제어를 위해 사용되는 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 용매는 에탄올, 톨루엔, 트리에틸렌글리콜에틸에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 자일렌(xylene) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the solvent containing the dispersant, the solvent may be one used for mixing the additives, such as the raw material powder, the dispersant, the binder, and the plasticizer, and for controlling the fluidity of the slurry composition containing the mixture. Specifically, for example, the solvent is selected from among ethanol, toluene, triethylene glycol ethyl ether, ethylene glycol hexyl ether, diethylene glycol ethyl ether, tripropylene glycol methyl ether, ethylene glycol, and xylene But it is not limited thereto.
상기 분산제를 포함한 용매에서, 분산제는 상기 용매와 혼합하는 상기 원료 분말의 용매 내 분산성을 높이기 위해 사용하는 것으로, 통상의 분산제를 사용할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 분산제는 폴리에틸렌글리콜에테르, 알킬술폰산염, 폴리카르복실산염, 인산계 에스테르 및 하이퍼머케이디계(Hypermer™ KD) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the solvent containing the above-mentioned dispersant, the dispersant is used for increasing the dispersibility of the raw material powder mixed with the solvent in the solvent, and a conventional dispersant can be used. For example, the dispersant may include at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol ether, alkylsulfonate, polycarboxylate, phosphoric acid ester, and Hypermer ™ KD. .
상기 결합제(binder)는 상기 원료 분말과 상기 제조된 슬러리가 배치될 전극층 또는 전해질층과의 접착력을 높이기 위한 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 결합제는 폴리비닐부틸알(polyvinylbutyral, PVB), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 자일렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 에틸 셀룰로오즈 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The binder may be one for increasing the adhesion between the raw material powder and the electrode layer or the electrolyte layer where the slurry is to be disposed. Specifically, for example, the binder may be selected from the group consisting of polyvinylbutyral (PVB), polyvinylalcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, xylene, polyethylene, polypropylene, polystyrene, But is not limited to, at least one selected from the group consisting of lithium, lithium, polycarbonate, polyimide, and ethylcellulose.
상기 가소제(plasticizer)는 제조되는 슬러리 조성물의 가공성 및 유연성을 증가시키기 위해 첨가되는 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 가소제는 디부틸프탈레이트(dibutyl phthalate, DBP), 디-2-에틸헥실 프탈레이트(di-2-ethylhexyl phthalate, DOP), 디아이소노닐 프탈레이트(diisononyl phthalate, DINP), 디아이소데실프탈레이트(diisodecyl phthalate, DIDP), 부틸 벤질 프탈레이트(butyl benzyl phthalate, BBP), 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디옥틸프탈레이트, 트리페닐포스페이트, 트리오일포스페이트, 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르 및 디메틸포름아미드 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The plasticizer may be added to increase the workability and flexibility of the slurry composition to be prepared. Specifically, for example, the plasticizer is selected from the group consisting of dibutyl phthalate (DBP), di-2-ethylhexyl phthalate (DOP), diisononyl phthalate (DINP) Selected from diisodecyl phthalate (DIDP), butyl benzyl phthalate (BBP), glycerol, ethylene glycol, polyethylene glycol, dioctylphthalate, triphenylphosphate, trioylphosphate, polyethylene glycol dimethylether and dimethylformamide But it is not limited thereto.
상술한 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매, 상기 결합제 및 상기 가소제를 공명 혼합 음향을 이용하여 혼합하여 슬러리를 제조할 수 있다.The slurry can be prepared by mixing the raw material powder, the solvent containing the dispersant, the binder and the plasticizer using a resonance mixing sound.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 공정을 수행하기 이전에, 상기 원료 분말과 상기 분산제를 포함한 용매를 각각 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합시켜 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 혼합 공정을 수행하기 이전에 상기 원료 분말만을 공명 음향 혼합으로 혼합시켜 준비할 수 있다. 이는, 상기 원료 분말에 포함된 다양한 원료 물질들을 우선적으로 혼합시켜 준비함으로써, 용매와의 혼합 공정에서의 혼합 효율을 높이고자 함일 수 있다. 또한, 상기 분산제를 포함한 용매만을 공명 음향 혼합으로 혼합시켜 준비할 수 있다. 이는, 상기 용매 내에 상기 분산제를 균일하게 분산시켜 상기 원료 분말과의 혼합시 상기 원료 분말과 상기 분산제의 접촉범위를 넓힘으로써, 혼합 효율을 높이고자 함일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 공정을 수행하기 이전에, 상기 원료 분말과 상기 분산제를 포함한 용매를 각각 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합시키는 공정은 각각 60 내지 80 G의 가속도로 3분 내지 5분의 시간동안 혼합 공정을 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include preparing the raw material powder and the solvent containing the dispersant by mixing them using resonance acoustic mixing before performing the mixing process. That is, it is possible to mix only the raw material powder by resonance acoustic mixing before performing the mixing process. This may be achieved by preferentially mixing various raw materials contained in the raw material powder to improve mixing efficiency in a mixing process with a solvent. Further, only the solvent containing the dispersing agent can be prepared by mixing by resonance acoustic mixing. This is to increase the mixing efficiency by uniformly dispersing the dispersant in the solvent and widening the contact range of the raw material powder and the dispersant upon mixing with the raw material powder. In one embodiment of the present invention, the steps of mixing the raw material powder and the solvent containing the dispersant, respectively, by resonance acoustic mixing before performing the mixing process are each performed at an acceleration of 60 to 80 G for 3 to 5 Min. ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원료 분말, 분산제를 포함한 용매, 결합제 및 가소제를 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계에서 수행되는 혼합 공정은, 슬러리 조성물에 포함되는 첨가물들을 첨가 순서에 따라 순차적으로 첨가한 후, 혼합 공정을 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 슬러리에 포함되는 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매, 상기 결합제 및 상기 가소제를 효과적인 혼합 및 분산 효과를 위한 것으로, 본 발명은 이러한 순차적인 혼합 공정을 통해 종래의 슬러리를 이용한 테이프 캐스팅 공정 수행시 테이프 표면에서의 슬러리의 뭉침 현상을 개선할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mixing process performed in the step of mixing the raw material powder, the solvent including the dispersant, the binder, and the plasticizer to form the slurry may be performed by adding the additives contained in the slurry composition sequentially And then performing a mixing process. Specifically, this is for effectively mixing and dispersing the raw material powder contained in the slurry, the solvent containing the dispersant, the binder, and the plasticizer, and the present invention can provide a tape using a conventional slurry through such a sequential mixing process. The agglomeration of the slurry on the tape surface can be improved during the casting process.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법의 혼합 공정을 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 1 is a flow chart for explaining a mixing process of a method for producing a slurry for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저, 상기 원료 분말 및 상기 분산제를 포함한 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 제1 혼합공정을 수행할 수 있다(S100). 즉, 상기 원료 분말에 상기 분산제를 포함한 용매를 첨가한 후, 이를 공명 음향 혼합으로 혼합하여 제1 혼합물을 형성할 수 있다. 구체적으로 이는, 결합제 및 가소제를 첨가하여 혼합하기 이전에 상기 원료 분말 및 상기 용매 내에 포함된 분산제를 상기 용매 내에서 효율적으로 분산시킴으로써, 결합제 및 가소제 첨가하여 혼합시 넓은 표면적으로 혼합되기 위함일 수 있다. Referring to FIG. 1, a first mixing step of mixing the raw material powder and the dispersant-containing solvent to form a first mixture may be performed (S100). That is, a solvent containing the dispersant may be added to the raw material powder, and then the mixture may be mixed by resonance acoustic mixing to form a first mixture. Specifically, it may be to blend in a large surface area upon mixing by adding a binder and a plasticizer by effectively dispersing the raw material powder and the dispersant contained in the solvent in the solvent before adding and mixing the binder and the plasticizer .
그런 다음, 상기 S100 단계에서 혼합된 제1 혼합물에 상기 결합제를 첨가한 후, 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 제2 혼합공정을 수행할 수 있다(S200). 즉, 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매가 혼합된 제1 혼합물에 상기 결합제를 첨가한 후, 이를 공명 음향 혼합으로 혼합하여 제2 혼합물을 형성할 수 있다. 앞서 상술한 바와 같이, 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매를 먼저 혼합하여 일정 수준으로 분산된 이후에 결합제를 첨가하여 혼합함에 따라 제조된 슬러리의 뭉침 현상이 개선되는 효과를 가질 수 있다.Then, a second mixing process may be performed (S200) in which the binder is added to the first mixture mixed in step S100 and then mixed to form a second mixture. That is, the binder may be added to the first mixture in which the raw material powder and the solvent containing the dispersant are mixed, and then the mixture may be mixed by resonance acoustic mixing to form the second mixture. As described above, the raw material powder and the solvent containing the dispersant may be first mixed and dispersed to a certain level, and then the binder may be added to the mixture to improve the aggregation of the slurry.
이 후, 상기 S200 단계에서 혼합된 제2 혼합물에 상기 가소제를 첨가한 후, 혼합하여 슬러리를 형성하는 제3 혼합공정을 수행할 수 있다(S300). 즉, 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매 및 상기 결합제가 혼합된 제2 혼합물에 상기 가소제를 첨가한 후, 이를 공명 음향 혼합으로 혼합하여 슬러리를 형성할 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 가소제를 제외한 슬러리를 구성하는 구성물질들을 모두 혼합한 이후에 상기 가소제를 첨가하여 혼합하여, 상기 가소제를 함께 첨가하는 경우보다 최종 생성물인 슬러리의 표면 거칠기를 낮출 수 있다. 더욱 상세하게는, 후술하는 실시예 및 도면을 통해 상세하게 설명될 수 있다.Thereafter, a third mixing step of adding the plasticizer to the second mixture mixed in step S200 and then mixing to form a slurry may be performed (S300). That is, the plasticizer may be added to the raw material powder, the solvent containing the dispersant, and the second mixture in which the binder is mixed, and then mixed with resonance acoustic mixing to form a slurry. Specifically, it is possible to lower the surface roughness of the slurry as a final product by mixing and adding the plasticizer after mixing the constituent materials constituting the slurry except for the plasticizer, and adding the plasticizer together. More specifically, the present invention can be described in detail through the following embodiments and drawings.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공명 음향 혼합을 이용한 혼합 공정은 상기 제1 혼합공정, 상기 제2 혼합공정 및 상기 제3 혼합공정 중에서 적어도 어느 하나의 혼합공정에 분쇄용 볼(ball)을 첨가하여 혼합하는 공정을 더 포함할 수 있다. 즉, 전술된 제1 혼합 공정, 제2 혼합 공정 및 제3 혼합 공정 수행시 각각의 제1 혼합물, 제2 혼합물 및 제3 혼합물에 포함된 구성입자들을 분쇄시켜 혼합이 더욱 균일하게 이뤄질 수 있도록 분쇄용 볼을 첨가할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 분쇄용 볼은 지르코니아 볼(Zr ball), 알루미나 볼(Alumina ball) 및 스테인레스 볼(stainless ball) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 분쇄용 볼로 지르코니아 볼을 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mixing process using the resonance acoustic mixing may include adding a ball for grinding to at least one of the first mixing process, the second mixing process, and the third mixing process And then mixing them. That is, in the first mixing step, the second mixing step, and the third mixing step, the constituent particles contained in the first mixture, the second mixture, and the third mixture are pulverized so that the mixture is more uniformly pulverized For example. Specifically, for example, the pulverizing ball may include at least one selected from the group consisting of Zr ball, Alumina ball, and stainless ball, but is not limited thereto. In one embodiment of the present invention, the pulverizing boro zirconia balls may be used.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공명 음향 혼합은 60 내지 80 G의 가속도로 혼합 공정을 수행하는 것일 수 있다. 상기 공명 음향 혼합시 상기 각각의 혼합공정에 포함되는 혼합물 및 첨가물에 가해지는 가속도가 60 G 미만인 경우, 슬러리를 구성하는 물질들의 균일한 혼합이 이뤄지지 않을 수 있으며, 가속도가 80 G를 초과하는 경우, 제조된 슬러리 입자가 갖는 미세구조가 깨어지거나 변형될 수 있다. 이에, 상기 범위 내에서 공명 음향 혼합을 수행할 수 있다.In one embodiment of the invention, the resonant acoustic mixing may be to perform the mixing process at an acceleration of 60 to 80 G. When the accelerations applied to the mixture and the additives included in the mixing process are less than 60 G, uniform mixing of the materials constituting the slurry may not be performed. When the acceleration exceeds 80 G, The microstructure of the prepared slurry particles may be broken or deformed. Thus, resonance acoustic mixing can be performed within the above range.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공명 음향 혼합은 3분 내지 60분의 시간동안 혼합 공정을 수행할 수 있다. 상기 공명 음향 혼합의 혼합 시간이 3분 미만인 경우, 충분한 혼합이 이뤄지지 않아 상기 원료 분말의 분산도가 낮아질 수 있으며, 상기 공명 음향 혼합의 혼합 시간이 60분을 초과하는 경우, 과도한 파쇄로 인해 일정 범위의 입자 크기를 갖는 슬러리를 수득하기 어려울 수 있다. 이에, 상기 범위 내에서 공명 음향 혼합을 수행할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the resonant acoustic mixing can perform the mixing process for a time of 3 minutes to 60 minutes. If the mixing time of the resonance acoustic mixing is less than 3 minutes, sufficient mixing may not be performed and the dispersion of the raw material powder may be lowered. If the mixing time of the resonance acoustic mixing exceeds 60 minutes, Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI > Thus, resonance acoustic mixing can be performed within the above range.
실시예에 따라, 상기 공명 혼합 음향을 이용한 혼합 공정을 수행한 이후에, 상기 혼합된 슬러리를 탈포(de-airing)하는 공정을 추가적으로 수행할 수 있다. 상기 탈포 공정은 상기 혼합된 슬러리 내에 포함되어 있을 수 있는 크고 작은 기포를 제거하기 위한 것으로, 통상의 탈포 공정 방법 및 탈포 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 탈포 공정은 20G의 가속도로 1분 정도 수행하는 것일 수 있다.According to an embodiment, a process of de-airing the mixed slurry may be additionally performed after the mixing process using the resonance mixing sound is performed. The defoaming process is for removing large and small bubbles contained in the mixed slurry, and can be performed using a conventional defoaming process and a defoaming device. In one embodiment of the present invention, the defoaming process may be performed for about 1 minute at an acceleration of 20G.
본 발명의 다른 측면은, 원료 분말, 분산제를 포함한 용매, 결합제 및 가소제를 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합시켜 제조된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리를 제공할 수 있다. 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매, 상기 결합제 및 상기 가소제는 앞서 상술한 고체 산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법을 설명을 참조할 수 있다.Another aspect of the present invention provides a slurry for a solid oxide fuel cell, which is produced by mixing a raw material powder, a solvent including a dispersant, a binder and a plasticizer using resonance acoustic mixing. The raw material powder, the solvent containing the dispersant, the binder and the plasticizer can be referred to the description of the method for producing the slurry for the solid oxide fuel cell described above.
상기 고체산화물 연료전지용 슬러리는 공명 음향 혼합을 이용하여 종래의 볼 밀링 공정보다 빠른 시간 내에 더욱 균일한 혼합을 통해 형성됨에 따라 테이프 캐스팅 등 슬러리 사용시 슬러리 입자의 뭉침 현상을 개선할 수 있다. 또한, 상기 고체산화물 연료전지용 슬러리는 표면 거칠기를 낮출 수 있다. Since the slurry for solid oxide fuel cells is formed through more uniform mixing in a shorter time than a conventional ball milling process using resonance acoustic mixing, it is possible to improve the agglomeration of slurry particles when a slurry such as a tape casting is used. In addition, the slurry for the solid oxide fuel cell can lower the surface roughness.
구체적으로, 슬러리의 뭉침 현상은 거대입자가 포함된 것으로, 이는 슬러리에 포함된 원료 분말을 비롯한 첨가제가 균일하게 혼합되지 않은 것을 의미한다. 또한, 낮은 표면 거칠기는 슬러리를 구성하는 혼합물의 입자가 상대적으로 크기가 작은 것으로, 이는 슬러리에 포함된 원료 분말을 비롯한 첨가제가 균일하게 혼합된 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법을 통해 제조된 슬러리는 이를 채용한 전극 및 이를 포함하는 전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 이는, 후술하는 실시예 및 도면을 통해 상세하게 설명될 수 있다.Specifically, the aggregation of the slurry includes large particles, which means that the additives including the raw powder contained in the slurry are not uniformly mixed. In addition, the low surface roughness means that the particles of the mixture constituting the slurry are relatively small in size, meaning that the additives including the raw material powder contained in the slurry are uniformly mixed. That is, the slurry prepared by the method for producing a slurry for a solid oxide fuel cell of the present invention can improve the performance of the electrode employing the slurry and the battery including the same. Specifically, this can be explained in detail in the following embodiments and drawings.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are intended to aid in the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<실시예><Examples>
실시예1: 공명 음향 혼합을 이용한 슬러리 제조(3번의 혼합공정)Example 1: Synthesis of slurry using resonance acoustic mixing (mixing process 3 times)
에탄올 및 톨루엔이 혼합된 용매에 하이퍼머케이디계 분산제(Hypermer KD-1)를 첨가하여 공명 음향 혼합기를 이용하여 3분 정도 80G의 가속도로 혼합하였다. 산화니켈(NiO) 및 이트리아 안정화 지르코니아(TZ-8Y))가 혼합된 분말 및 기공형성제인 PMMA(SUNPMMA-S50C)를 포함하는 원료 분말을 공명 음향 혼합기를 이용하여 5분 정도 80G의 가속도로 혼합하였다. (Hypermer KD-1) was added to a mixed solvent of ethanol and toluene, and the mixture was stirred at 80 G for 3 minutes using a resonance acoustic mixer. (SUNPMMA-S50C) as a pore-forming agent and a powder mixed with nickel oxide (NiO) and yttria-stabilized zirconia (TZ-8Y) were mixed at an acceleration of 80G for about 5 minutes using a resonance acoustic mixer Respectively.
상기 혼합시킨 분산제가 포함된 용매에 상기 혼합시킨 원료 분말을 첨가하고, 지르코니아 볼(Zr ball)을 더 첨가하여 공명 음향 혼합기를 이용해 80G 가속도에서 5분 정도 혼합시켜 제1 혼합물을 형성하였다(제1 혼합 공정). 상기 제1 혼합물에 결합제인 PVB(PVB 79)를 첨가한 후, 공명 음향 혼합기를 이용하여 80G 가속도에서 3분 정도 혼합시켜 제2 혼합물을 형성하였다(제2 혼합 공정). 상기 제2 혼합물에 가소제인 DBP를 첨가한 후, 80G 가속도에서 3분 정도 혼합시켜 슬러리를 제조하였다(제3 혼합 공정). 제조된 슬러리에서 지르코니아 볼을 빼고 1분 정도 탈포시켰다.The mixed raw material powder was added to a solvent containing the mixed dispersant, zirconia balls were further added thereto, and the mixture was mixed at 80 G acceleration for 5 minutes using a resonance acoustic mixer to form a first mixture Mixing process). PVB (PVB 79) as a binder was added to the first mixture, followed by mixing at 80 G acceleration for 3 minutes using a resonance acoustic mixer to form a second mixture (second mixing step). DBP as a plasticizer was added to the second mixture, followed by mixing at 80G acceleration for 3 minutes to prepare a slurry (third mixing step). The zirconia balls were removed from the prepared slurry and degassed for about 1 minute.
실시예2: 공명 음향 혼합을 이용한 슬러리의 제조(1번의 혼합공정)Example 2: Preparation of slurry using resonance acoustic mixing (mixing step 1)
에탄올 및 톨루엔이 혼합된 용매에 하이퍼머케이디계 분산제(Hypermer KD-1) 및 가소제인 DBP를 첨가하여 공명 음향 혼합기를 이용하여 3분 정도 80G의 가속도로 혼합하였다. 산화니켈(NiO) 및 이트리아 안정화 지르코니아(TZ-8Y))가 혼합된 분말 및 기공형성제인 PMMA(SUNPMMA-S50C)를 포함하는 원료 분말 및 결합제인 PVB와, 지르코니아 볼을 첨가한 후, 공명 음향 혼합기를 이용하여 5분 정도 80G의 가속도로 혼합하였다. (Hypermer KD-1) and DBP (plasticizer) were added to a mixed solvent of ethanol and toluene, and the mixture was stirred at 80 G for 3 minutes using a resonance acoustic mixer. PVB as a raw material powder and a binder including PMMA (SUNPMMA-S50C) as a powder and pore forming agent mixed with nickel oxide (NiO) and yttria stabilized zirconia (TZ-8Y), and zirconia balls were added, And mixed at an acceleration of 80G for 5 minutes using a mixer.
상기 분산제 및 DBP가 혼합된 용매에 상기 원료 분말 및 PVB를 혼합시킨 혼합물을 첨가한 후, 이를 공명 음향 혼합기를 이용하여 80G 가속도에서 10분 정도 혼합시켜 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리에서 지르코니아 볼을 빼고 1분 정도 탈포시켰다.The mixture of the raw material powders and the PVB was added to a solvent in which the dispersant and DBP were mixed, and the mixture was mixed at 80G acceleration for 10 minutes using a resonance acoustic mixer to prepare a slurry. The zirconia balls were removed from the prepared slurry and degassed for about 1 minute.
실시예3: 공명 음향 혼합을 이용한 슬러리의 제조(2번의 혼합공정)Example 3: Preparation of a slurry using resonance acoustic mixing (two mixing steps)
상기 실시예1에서 분산제를 포함한 용매 및 원료 분말을 각각 혼합하는 공정은 동일하게 수행하였다.The process of mixing the solvent containing the dispersant and the raw material powder in Example 1 was carried out in the same manner.
상기 분산제가 혼합된 용매에 상기 혼합된 원료 분말 및 지르코니아 볼을 첨가한 후, 이를 공명 음향 혼합기를 이용하여 80G 가속도에서 5분 정도 혼합시켜 제1 혼합물을 형성하였다. 상기 제 1 혼합물에 PVB 및 DBP를 첨가한 후, 이를 공명 음향 혼합기를 이용하여 80G 가속도에서 10분 정도 혼합시켜 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리에서 지르코니아 볼을 빼고 1분 정도 탈포시켰다.The mixed raw material powder and zirconia balls were added to a solvent in which the dispersant was mixed, and then the mixture was mixed with a resonance acoustic mixer at 80G for 5 minutes to form a first mixture. PVB and DBP were added to the first mixture, and the mixture was mixed with a resonance acoustic mixer at 80G acceleration for about 10 minutes to prepare a slurry. The zirconia balls were removed from the prepared slurry and degassed for about 1 minute.
비교예1: 볼 밀링을 이용한 슬러리의 제조Comparative Example 1: Production of slurry by ball milling
에탄올 및 톨루엔이 포함된 용매에, 산화니켈 및 이트리아 안정화 지르코니아가 혼합된 분말 및 PMMA를 포함하는 원료 분말, 하이퍼머케이디계 분산제를 첨가한 혼합물에 지르코니아 볼(Zr ball)을 첨가한 후, 볼 밀링(ball milling)으로 24시간 동안 혼합하여 제1 혼합물을 형성하였다. 상기 제1 혼합물에 PVB와 DBP를 첨가하여 볼 밀링으로 24시간 동안 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리에서 지르코니아 볼을 빼고 24시간 정도 탈포시켰다.Zirconia balls were added to a mixture of powder of nickel oxide and yttria-stabilized zirconia and powder of PMMA, and a mixture of high-perfume-based dispersant in a solvent containing ethanol and toluene, And mixed by ball milling for 24 hours to form a first mixture. PVB and DBP were added to the first mixture and mixed by ball milling for 24 hours to prepare a slurry. The zirconia balls were removed from the prepared slurry and degassed for about 24 hours.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예1, 실시예2 및 실시예3에서 제조된 각각의 슬러리를 테이프 캐스팅 후에 건조하고, 테이프 표면을 관찰하여 나타낸 이미지이다.FIGS. 2A to 2C are images showing the slurry produced in Examples 1, 2, and 3 according to an embodiment of the present invention after drying by tape casting and observing the tape surface. FIG.
도 2a는 본 발명의 실시예1에서 제조된 슬러리에 관한 것으로, 테이프 표면에 뭉침 현상이 거의 나타나지 않았고, 육안상으로 표면 거칠기가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 도 2b는 본 발명의 실시예2에서 제조된 슬러리에 관한 것으로, 테이프 표면에 뭉침 현상이 크게 나타나지 않았으며, 육안상으로 표면 거칠기가 높은 것을 확인할 수 있었다. 도 2c는 본 발명의 실시예3에서 제조된 슬러리에 관한 것으로, 테이프 표면에 뭉침현상이 일부 발생한 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 2a 내지 도 2c를 통해 본 발명의 실시예에서 제조된 슬러리는 테이프 캐스팅 수행시 발생하던 뭉침 현상을 크게 개선한 것을 알 수 있다. 2A shows the slurry prepared in Example 1 of the present invention, showing that the surface of the tape was hardly agglomerated, and that the surface roughness was visually low. FIG. 2B relates to the slurry prepared in Example 2 of the present invention, showing that the surface of the tape did not show much aggregation, and the surface roughness was visually high. FIG. 2C relates to the slurry prepared in Example 3 of the present invention, and it can be confirmed that a part of the surface of the tape is agglomerated. FIG. That is, the slurry produced in the embodiment of the present invention through FIGS. 2 (a) to 2 (c) shows a significant improvement in the aggregation phenomenon that occurs during tape casting.
또한, 본 발명의 실시예1에서 개시한 바와 같이, 원료 분말 및 분산제를 포함한 용매의 혼합과, 상기 원료 분말 및 상기 분산제를 포함한 용매를 혼합시킨 혼합물에 결합제를 첨가하여 혼합 및 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매 및 상기 결합제를 혼합시킨 혼합 가소제를 첨가하여 혼합하는 3번의 혼합공정으로 수행한 경우, 즉, 슬러리를 구성하는 성분을 순차적으로 첨가하여 혼합 공정을 분리한 경우가 실시예2 및 실시예3에서 개시한 1번 또는 2번의 혼합공정으로 슬러리를 제조한 경우보다 뭉침 현상 개선 및 슬러리의 표면 거칠기를 낮출 수 있는 것을 알 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법을 통해 제조된 슬러리를 채용하는 전지의 품질 및 효율을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.Also, as disclosed in Example 1 of the present invention, a binder may be added to a mixture obtained by mixing a raw material powder and a solvent including a dispersant, and a solvent containing the raw material powder and the dispersant, and mixing the raw material powder, When the mixing step is performed by three mixing steps in which a solvent containing a dispersant and a mixed plasticizer mixed with the binder are added and mixed, that is, the components constituting the slurry are sequentially added to separate the mixing step, It can be seen that the agglomeration phenomenon and the surface roughness of the slurry can be lowered as compared with the case where the slurry is prepared by the mixing step 1 or 2 described in Example 3. As described above, it is expected that the quality and efficiency of the battery employing the slurry prepared by the method for producing a slurry for a solid oxide fuel cell of the present invention can be greatly improved.
도 3은 본 발명의 비교예1 및 실시예1에서 제조된 슬러리를 테이프 표면에 부착시켜 주사전자현미경으로 표면을 관찰하여 나타낸 SEM이미지이다.3 is an SEM image showing the surface of a slurry prepared in Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention attached to a tape surface and observed with a scanning electron microscope.
도 3을 참조하면, 도 3(a)의 비교예1에서 제조된 슬러리는 응집 입자들(aggregated particles)이 많이 포함된 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 3(b)의 실시예1에서 제조된 슬러리는 응집 입자가 전혀 없는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예1에서 제조된 슬러리는 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합 공정을 수행함에 따라 종래의 볼 밀링 공정을 이용하여 혼합 공정을 수행한 비교예1에서 제조된 슬러리에 비해 파쇄 및 분산이 더 잘 이루어짐에 따라 응집 입자들이 없이 균일한 혼합이 수행된 것으로 판단된다. 이를 통해, 본 발명의 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법은 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합함에 따라 제조공정 시간의 단축 뿐만 아니라, 파쇄 및 분산도를 높일 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the slurry prepared in Comparative Example 1 of FIG. 3 (a) contains a large amount of aggregated particles. On the other hand, it can be seen that the slurry prepared in Example 1 of Fig. 3 (b) has no aggregated particles at all. That is, the slurry prepared in Example 1 of the present invention was subjected to a mixing process using resonance acoustic mixing, and thus, compared with the slurry prepared in Comparative Example 1 in which the mixing process was performed using a conventional ball milling process, It is judged that homogeneous mixing was carried out without aggregated particles. As a result, it can be confirmed that the method of manufacturing slurry for a solid oxide fuel cell according to the present invention can increase not only shortening of manufacturing process time but also crushing and dispersion by mixing using resonance acoustic mixing.
도 4는 본 발명의 비교예1 및 실시예4에서 제조된 슬러리의 표면을 주사전자현미경으로 관찰하여 나타낸 SEM이미지이다. 4 is an SEM image showing the surface of the slurry prepared in Comparative Example 1 and Example 4 of the present invention observed with a scanning electron microscope.
도 4를 참조하면, 볼 밀링으로 혼합하여 제조된 비교예1의 슬러리의 표면 보다 본 발명의 실시예4에서 공명 음향 혼합 방법으로 제조된 슬러리의 표면의 분산 정도가 더 좋은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the surface of the slurry prepared by the resonance acoustic mixing method in Example 4 of the present invention is better than the surface of the slurry of Comparative Example 1 prepared by mixing by ball milling.
상세하게는, 본 발명의 실시예4에서 제조된 슬러리는 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합함에 따라 상기 원료 분말, 상기 분산제를 포함한 용매를 혼합시킨 혼합물의 파쇄가 더 잘 이루어져 상대적으로 크기가 작은 입자를 형성하게 되고, 이에 표면적이 넓어질 것으로 판단하여 비교예1에서 첨가된 결합제 및 가소제 보다 각각 4 내지 6g씩 더 많은 결합제와 가소제를 첨가하여 제조한 것이다. 즉, 본 발명의 실시예4의 슬러리는 비교예1의 슬러리보다 더 많은 결합제 및 가소제를 포함하고 있음에도 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합함에 따라 거대 입자 및 응집 입자가 거의 없는 균일한 표면을 갖는 것을 알 수 있다.In detail, the slurry prepared in Example 4 of the present invention is mixed using resonance acoustic mixing, whereby the mixture in which the raw material powder and the solvent including the dispersing agent are mixed is more easily broken, And that the surface area is widened by adding 4 to 6 g more binder and plasticizer than the binder and plasticizer added in Comparative Example 1, respectively. That is, although the slurry of Example 4 of the present invention contains more binder and plasticizer than the slurry of Comparative Example 1, it has been found that the slurry of Example 4 has a homogeneous surface with almost no macromolecule and aggregated particles by mixing using resonance acoustic mixing .
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
Claims (8)
상기 혼합 공정은 공명 음향 혼합을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법.Mixing a raw material powder, a solvent containing a dispersant, a binder and a plasticizer to prepare a slurry,
Wherein the mixing is performed using resonance acoustic mixing. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 원료 분말은 지르코니아(Zr)계, 세리아(Ce)계, 란타늄(La)마그네사이트(Mn)계 및 비스무스(Bi)계 중에 선택되는 적어도 어느 하나의 산화물 분말, 니켈(Ni) 산화물을 포함하는 금속 산화물 분말 및 기공 형성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법.The method according to claim 1,
The raw material powder may be at least one oxide powder selected from the group consisting of zirconia (Zr), ceria, lanthanum magnesium and bismuth, a metal containing nickel (Ni) Oxide powder and a pore-forming agent. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 혼합 공정을 수행하기 이전에,
상기 원료 분말과 상기 분산제를 포함한 용매를 각각 공명 음향 혼합을 이용하여 혼합시켜 준비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법.The method according to claim 1,
Prior to performing the mixing process,
Further comprising mixing the raw material powder and the solvent containing the dispersant by resonance acoustic mixing to prepare a slurry for a solid oxide fuel cell.
상기 원료 분말 및 상기 분산제를 포함한 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 제1 혼합공정;
상기 제1 혼합물에 상기 결합제를 첨가한 후, 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 제2 혼합공정; 및
상기 제2 혼합물에 상기 가소제를 첨가한 후, 혼합하여 상기 슬러리를 형성하는 제3 혼합공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법.The method according to claim 1,
A first mixing step of mixing the raw material powder and the solvent containing the dispersant to form a first mixture;
A second mixing step of adding the binder to the first mixture and then mixing to form a second mixture; And
And a third mixing step of adding the plasticizer to the second mixture and then mixing to form the slurry.
상기 제1 혼합공정, 상기 제2 혼합공정 및 상기 제3 혼합공정 중에서 적어도 어느 하나의 혼합공정에 분쇄용 볼(ball)을 첨가하여 혼합하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법.5. The method according to claim 4,
Further comprising the step of adding a ball for grinding to the mixing step of at least one of the first mixing step, the second mixing step and the third mixing step to mix the slurry for a solid oxide fuel cell ≪ / RTI >
상기 공명 음향 혼합은 60 내지 80 G의 가속도로 혼합 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the resonance acoustic mixing is performed at an acceleration of 60 to 80 G. 6. A method for manufacturing a slurry for a solid oxide fuel cell,
상기 공명 음향 혼합은 3분 내지 60분의 시간동안 혼합 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 슬러리의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the resonance acoustic mixing is performed for 3 to 60 minutes. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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