KR20200049114A - Method for manufacturing a solid oxide fuel cell - Google Patents

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박규리
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a solid oxide fuel cell, comprising the following steps: manufacturing an anode support layer by a tape casting method; preparing an anode active layer by the tape casting method; preparing an electrolyte layer by the tape casting method; sequentially stacking the prepared anode support layer, anode active layer, and electrolyte layer to form a laminate; and simultaneously firing the laminate. The step of preparing the electrolyte layer by the tape casting method can further include a step of forming a cathode diffusion barrier layer by a spray coating method on the electrolyte layer.

Description

고체산화물 연료전지의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A SOLID OXIDE FUEL CELL}Manufacturing method of solid oxide fuel cell {METHOD FOR MANUFACTURING A SOLID OXIDE FUEL CELL}

본 명세서는 고체산화물 연료전지의 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates to a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

최근, 석유와 같은 기존 에너지 자원이 고갈되면서 이들을 대체할 수 있는 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있는데 이러한 대체에너지의 하나로 연료전지가 주목을 받고 있다. 연료전지의 경우, 고효율이고, 다양한 사이즈로 제작이 가능해 응용범위가 넓으며, 화석연료 및 석유연료에 대한 의존성이 낮아 연료에서 공해물질이 배출되지 않는다는 장점으로 활발하게 연구가 진행되고 있다.Recently, as the existing energy resources such as petroleum are depleted, interest in alternative energy that can replace them is increasing, and fuel cells are attracting attention as one of these alternative energy sources. In the case of a fuel cell, research has been actively conducted due to its high efficiency, a wide range of applications because it can be manufactured in various sizes, and has no dependence on fossil fuels and petroleum fuels, so that no pollutants are emitted from the fuel.

일반적으로 연료전지의 단위 셀은 전해질 양면에 각각 공기극 및 연료극을 형성하여 연료극은 애노드(anode), 그리고 공기극(cathode)은 캐소드로 구성되고 연료극에 연료를 공급해주면 연료가 산화되어 전자가 외부회로를 통해 방출되며, 공기극에 산소를 공급해주면 외부회로로부터 전자를 받아서 산소 이온으로 환원된다. 이처럼 환원된 산소 이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 산화된 연료와 반응하여 물을 생성한다.In general, the unit cell of a fuel cell forms an anode and an anode on both sides of the electrolyte, respectively, so that the anode consists of an anode, and the cathode consists of a cathode. It is released through, and when oxygen is supplied to the cathode, electrons are received from external circuits and reduced to oxygen ions. The reduced oxygen ions move to the anode through the electrolyte and react with the oxidized fuel to produce water.

이러한, 단위 셀 중 고체산화물 단위 셀의 단전지들을 연결하여 고용량화 시킨 것을 스택(stack)이라고 하며, 이를 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)로 이용하고 있다.Among these unit cells, a high capacity by connecting single cells of a solid oxide unit cell is referred to as a stack, and this is used as a solid oxide fuel cell (SOFC).

한편, 고체산화물 연료전지에서 사용되는 반쪽 전지는, 애노드 지지층, 애노드 활성층, 전해질층 및 캐소드 확산 배리어층을 포함하고, 이때 상기 캐소드 확산 배리어층은 도핑된 YSZ가 전해질층으로 확산되는 것을 방지하기위해 사용되며, 전해질층 상에 적층된다. 이때 각 층들을 적층하고 소성하는 과정에서 소성 수축율 차이에 인해 층분리가 발생하는 등의 문제가 발생되고 있다.Meanwhile, the half cell used in the solid oxide fuel cell includes an anode support layer, an anode active layer, an electrolyte layer, and a cathode diffusion barrier layer, wherein the cathode diffusion barrier layer prevents the doped YSZ from diffusing into the electrolyte layer. Used and laminated on the electrolyte layer. At this time, in the process of laminating and firing each layer, a problem such as layer separation occurs due to a difference in the plastic shrinkage rate.

대한민국 특허공개공보 10-2013-0137795호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0137795

본 명세서는 고체산화물 연료전지의 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates to a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

본 명세서의 일 실시상태는 테이프 캐스팅법으로 애노드 지지층을 제조하는 단계; 테이프 캐스팅법으로 애노드 활성층을 제조하는 단계; 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계; 제조된 애노드 지지층, 애노드 활성층 및 전해질층을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계; 및 상기 적층체를 동시 소성하는 단계를 포함하고, 상기 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계는 상기 전해질층 상에 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification is a step of manufacturing an anode support layer by a tape casting method; Preparing an anode active layer by a tape casting method; Preparing an electrolyte layer by a tape casting method; Sequentially stacking the prepared anode support layer, anode active layer, and electrolyte layer to form a laminate; And co-firing the laminate, and preparing the electrolyte layer by the tape casting method further comprises forming a cathode diffusion barrier layer by spray coating on the electrolyte layer. It provides a method for manufacturing a fuel cell.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는 전술한 고체산화물 연료전지의 제조방법에 따라 제조된 고체산화물 연료전지를 제공한다.In addition, an exemplary embodiment of the present specification provides a solid oxide fuel cell manufactured according to the above-described method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

본 명세서의 고체산화물 연료전지의 제조방법은 전해질층 및 상기 전해질층 상에 형성되는 캐소드 확산 배리어층을 연속적인 공정으로 제조함으로써, 공정 시간을 단축시킬 뿐 만 아니라, 두 층간 소성 수축율 차이에 의해 단락이 발생하는 현상을 완화시킬 수 있다.The method of manufacturing the solid oxide fuel cell of the present specification not only shortens the process time by manufacturing the electrolyte layer and the cathode diffusion barrier layer formed on the electrolyte layer in a continuous process, but also short circuits due to the difference in the plastic shrinkage between the two layers. This phenomenon can be alleviated.

도 1은 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조공정에 있어서, 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조한 후 연속적으로 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 비교예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예에 따라 제조된 고체산화물 연료전지의 캐소드 확산 배리어층이 구비된 전해질층의 상면에서 촬영한 사진이다.
도 5는 비교예에 따라 제조된 고체산화물 연료전지의 캐소드 확산 배리어층이 구비된 전해질층의 상면에서 촬영한 사진이다.
도 6은 고체산화물 연료전지를 포함하는 전지모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is according to an embodiment It is a drawing showing the manufacturing process of a solid oxide fuel cell.
2 is a view showing a process of forming the cathode diffusion barrier layer by a spray coating method continuously after preparing an electrolyte layer by a tape casting method in a process of manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment.
3 is a view showing a manufacturing process of a solid oxide fuel cell according to a comparative example.
4 is a photograph taken from the top surface of the electrolyte layer provided with the cathode diffusion barrier layer of the solid oxide fuel cell prepared according to the embodiment.
FIG. 5 is a photograph taken from the top surface of the electrolyte layer provided with the cathode diffusion barrier layer of the solid oxide fuel cell prepared according to the comparative example.
6 is a view schematically showing the structure of a battery module including a solid oxide fuel cell.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.

본 명세서에서, "상"은 하나의 층 위에 물리적으로 접하여 위치하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 위치상 위에 위치하는 것을 의미한다. 즉, 어느 하나의 층 상에 위치하는 층은 사이에 다른 층이 있을 수도 있다.In this specification, "phase" does not only mean that it is physically placed on one layer, but that it is located on a location. That is, a layer located on one layer may have another layer therebetween.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless specifically stated otherwise.

본 명세서의 일 실시상태는 테이프 캐스팅법으로 애노드 지지층을 제조하는 단계; 테이프 캐스팅법으로 애노드 활성층을 제조하는 단계; 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계; 제조된 애노드 지지층, 애노드 활성층 및 전해질층을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계; 및 상기 적층체를 동시 소성하는 단계를 포함하고, 상기 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계는 상기 전해질층 상에 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.An exemplary embodiment of the present specification is a step of manufacturing an anode support layer by a tape casting method; Preparing an anode active layer by a tape casting method; Preparing an electrolyte layer by a tape casting method; Sequentially stacking the prepared anode support layer, anode active layer, and electrolyte layer to form a laminate; And co-firing the laminate, and manufacturing the electrolyte layer by the tape casting method may further include forming a cathode diffusion barrier layer by spray coating on the electrolyte layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계 및 상기 전해질층 상에 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 단계는 연속적인 공정으로 수행되는 것 일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the step of manufacturing the electrolyte layer by the tape casting method and the step of forming the cathode diffusion barrier layer by the spray coating method on the electrolyte layer may be performed in a continuous process.

종래에는 애노드 지지층, 애노드 활성층, 전해질층 및 캐소드 확산 배리어층 각각을 테이프 캐스팅하고 이를 적층한 후 소성하거나, 애노드 지지층, 애노드 활성층을 적층하여 소성한 후 그 위에 전해질층을 스크린 프린팅하고 건조한 후 그 위에 캐소드 확산 배리어층을 스크린 프린팅 공정으로 제조한 후 소성하여 다층의 반쪽 전지를 제조하였으나, 전체 공정 시간이 증가하거나 각 층마다 소결 수축율 등의 특성 차이로 인해 소결 공정에서 층분리가 발생하는 등의 문제가 발생되었다.Conventionally, the anode support layer, the anode active layer, the electrolyte layer, and the cathode diffusion barrier layer are tape-casted and stacked, and then fired, or the anode support layer and the anode active layer are stacked and fired, followed by screen printing and drying the electrolyte layer thereon, followed by drying. The cathode diffusion barrier layer was manufactured by a screen printing process and then fired to produce a multi-layered half-cell, but problems such as layer separation occurred in the sintering process due to an increase in the total process time or a characteristic difference in sintering shrinkage for each layer. Occurred.

이에 본 발명자는 상기 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계와 상기 전해질층 상에 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 단계를 연속적인 공정으로 수행함으로써, 공정 시간을 단축시킬 뿐 만 아니라 전해질층의 치밀도를 높일 수 있고, 두 층간 소성 수축율 차이에 의해 단락이 발생하는 현상을 완화시킬 수 있음을 밝혀내었다.Accordingly, the present inventor performs a step of forming an electrolyte layer by the tape casting method and a step of forming a cathode diffusion barrier layer by a spray coating method on the electrolyte layer, thereby not only shortening the process time but also electrolyte It has been found that the density of the layers can be increased and the phenomenon of short-circuiting due to the difference in the plastic shrinkage between the two layers can be alleviated.

도 2에 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 제조방법에 있어서, 전해질층과 캐소드 확산 배리어층이 연속적인 공정으로 형성되는 과정을 나타내었다. In FIG. 2, in the method of manufacturing a solid oxide fuel cell according to the present invention, the process of forming the electrolyte layer and the cathode diffusion barrier layer in a continuous process is shown.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 지지층을 제조하는 단계는 테이프 캐스팅법으로 제조되는 것 일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the step of manufacturing the anode support layer may be manufactured by a tape casting method.

구체적으로, 상기 애노드 지지층을 제조하는 단계는 애노드 지지층용 슬러리를 닥터 블레이드를 이용하여 이형 필름 상에 코팅하고 건조한 후 상기 이형 필름을 박리하는 과정을 포함하며, 이때 상기 건조는 50℃ 내지 120℃에서 10분 이하로 수행되는 것일 수 있다.Specifically, the step of preparing the anode support layer includes a process of coating the slurry for the anode support layer on a release film using a doctor blade, drying, and then peeling the release film, wherein the drying is performed at 50 ° C to 120 ° C. It may be carried out in less than 10 minutes.

이때, 사용되는 이형 필름의 종류는 크게 한정하지는 않으나, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이 사용될 수 있다. At this time, the type of the release film used is not particularly limited, but preferably a polyethylene terephthalate film may be used.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 지지층은 후술하는 애노드 활성층보다 기공율이 높고 상대적으로 두께가 두꺼워 다른 층을 지지하는 역할을 하고 전기전도도가 우수하게 형성될 수 있으며, 애노드 활성층 아래 위치할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the anode support layer has a higher porosity and a relatively thicker thickness than the anode active layer, which will be described later, and serves to support another layer, and may have excellent electrical conductivity, and may be positioned below the anode active layer. have.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 지지층은 애노드 지지층용 슬러리를 이용하여 제조될 수 있다. In one embodiment of the present specification, the anode support layer may be manufactured using a slurry for the anode support layer.

상기 애노드 지지층용 슬러리는 볼밀링에 의해 제조되고, 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 지지층용 슬러리는 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 지지층용 슬러리는 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 slurry is prepared by ball milling, includes a zirconia-based metal oxide, and may include at least one of yttria stabilized zirconium oxide (YSZ) and scandia stabilized zirconium oxide (ScSZ). have. Specifically, the slurry for the anode support layer was yttria stabilized zirconium oxide (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15) and scandia stabilized zirconium oxide ( ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 ~ 0.15). More specifically, the slurry for the anode support layer may include yttria stabilized zirconium oxide (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15). .

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 지지층용 슬러리는 NiO를 더 포함할 수 있다. 상기 NiO는 전지 체결 후 공급되는 연료에 의해 Ni로 환원되어 전자 전도성 물질로서 역할을 수행한다.In one embodiment of the present specification, the anode support layer slurry may further include NiO. The NiO is reduced to Ni by the fuel supplied after the battery is fastened and serves as an electron conductive material.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 지지층용 슬러리는 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ) 및 NiO의 복합체를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the anode support layer slurry may include a complex of yttria stabilized zirconium oxide (YSZ) and NiO.

상기 NiO의 함량은 상기 지르코니아계 금속 산화물의 중량의 80중량% 이상 200중량% 이하일 수 있다.The content of NiO may be 80 wt% or more and 200 wt% or less of the weight of the zirconia-based metal oxide.

상기 애노드 지지층용 슬러리는 필요에 따라 기공 형성제, 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The anode support layer slurry may further include at least one of a pore-forming agent, a binder resin, a plasticizer, a dispersing agent, and a solvent, if necessary, and the binder resin, a plasticizer, a dispersing agent, and a solvent are not particularly limited. Known conventional materials can be used.

상기 애노드 지지층용 슬러리의 총중량을 기준으로, 용매의 함량이 20중량% 내지 40중량%이고, 분산제의 함량이 5중량% 내지 10중량%이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 내지 3중량%이고, 바인더의 함량이 5중량% 내지 20 중량% 일 수 있다.Based on the total weight of the slurry for the anode support layer, the content of the solvent is 20% to 40% by weight, the content of the dispersant is 5% to 10% by weight, the content of the plasticizer is 0.5% to 3% by weight, The content of the binder may be 5% to 20% by weight.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 지지층의 평균두께는 10㎛ 이상 1000㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 평균두께는 50㎛ 이상 800㎛ 이하일 수 있으며, 더 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 평균두께는 50㎛ 이상 500㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the average thickness of the anode support layer may be 10 μm or more and 1000 μm or less. Specifically, the average thickness of the anode support layer may be 50 μm or more and 800 μm or less, and more specifically, the average thickness of the anode support layer may be 50 μm or more and 500 μm or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 지지층의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 지지층의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, 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.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 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. In one embodiment of the present specification, the average diameter of the pores of the anode support layer may be 0.1 μm or more and 10 μm or less. Specifically, the average diameter of the pores of the anode support layer may be 0.5 μm or more and 5 μm or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층을 제조하는 단계는 테이프 캐스팅법으로 제조되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the step of manufacturing the anode active layer may be manufactured by a tape casting method.

구체적으로, 상기 애노드 활성층을 제조하는 단계는 애노드 활성층용 슬러리를 닥터 블레이드를 이용하여 이형 필름 상에 코팅하고 건조한 후, 상기 이형 필름을 박리하는 과정을 포함하며, 이때 상기 건조는 50℃ 내지 120℃에서 10분 이하로 수행되는 것일 수 있다.Specifically, the step of preparing the anode active layer includes a process of coating the slurry for the anode active layer on a release film using a doctor blade, drying, and peeling the release film, wherein the drying is 50 ° C to 120 ° C. It may be performed in less than 10 minutes.

이때, 사용되는 이형 필름의 종류는 크게 한정하지는 않으나, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이 사용될 수 있다. At this time, the type of the release film used is not particularly limited, but preferably a polyethylene terephthalate film may be used.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층은 전해질층을 통해 전달받은 산소이온과 연료로부터 공급받은 수소 이온 등과 결합시켜 전기화학적으로 산화되면서 전자를 내어놓고 물을 생성하는 역할을 한다. 상기 애노드 활성층은 전술한 애노드 지지층과 후술하는 전해질층 사이에 위치하여 실제 애노드로서의 주된 역할을 수행할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the anode active layer is combined with oxygen ions received through the electrolyte layer and hydrogen ions supplied from the fuel, and is electrochemically oxidized to release electrons and generate water. The anode active layer may be positioned between the above-described anode support layer and the electrolyte layer, which will be described later, to perform a main role as an actual anode.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층은 애노드 활성층용 슬러리를 이용하여 제조되고, 상기 애노드 지지층 상에 구비될 수 있다.In one embodiment of the present specification, the anode active layer is prepared using a slurry for the anode active layer, and may be provided on the anode support layer.

상기 애노드 활성층용 슬러리는 볼밀링에 의해 제조되고 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 활성층용 슬러리는 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 활성층용 슬러리는 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15)을 포함할 수 있다. The anode active layer slurry is prepared by ball milling and includes a zirconia-based metal oxide, and may include at least one of yttria stabilized zirconium oxide (YSZ) and scandia stabilized zirconium oxide (ScSZ). . Specifically, the slurry for the anode active layer is yttria stabilized zirconium oxide (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 ~ 0.15) and scandia stabilized zirconium oxide ( ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 ~ 0.15). More specifically, the slurry for the anode active layer may include yttria stabilized zirconium oxide (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15). .

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층용 슬러리는 NiO를 더 포함할 수 있다. 상기 NiO는 전지 체결 후 공급되는 연료에 의해 Ni로 환원되어 전자 전도성 물질로서 역할을 수행한다.In one embodiment of the present specification, the anode active layer slurry may further include NiO. The NiO is reduced to Ni by the fuel supplied after the battery is fastened and serves as an electron conductive material.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층용 슬러리는 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ) 및 NiO의 복합체를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the anode active layer slurry may include a complex of yttria stabilized zirconium oxide (YSZ) and NiO.

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 활성층용 슬러리는 필요에 따라 기공 형성제, 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The anode active layer slurry may further include at least one of a pore-forming agent, a binder resin, a plasticizer, a dispersing agent, and a solvent, if necessary, and the binder resin, a plasticizer, a dispersing agent, and a solvent are not particularly limited. Known conventional materials can be used.

상기 애노드 활성층용 슬러리의 총중량을 기준으로, 용매의 함량이 20중량% 내지 40중량%이고, 분산제의 함량이 5중량% 내지 10중량%이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 내지 3중량%이고, 바인더의 함량이 5중량% 내지 20 중량% 일 수 있다.Based on the total weight of the slurry for the anode active layer, the content of the solvent is 20% to 40% by weight, the content of the dispersant is 5% to 10% by weight, the content of the plasticizer is 0.5% to 3% by weight, The content of the binder may be 5% to 20% by weight.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층의 평균두께는 1㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 활성층의 평균두께는 5㎛ 이상 70㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the average thickness of the anode active layer may be 1 μm or more and 100 μm or less. Specifically, the average thickness of the anode active layer may be 5 μm or more and 70 μm or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 활성층의 기공율은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the porosity of the anode active layer may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the anode active layer may be 10% or more and 30% or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 활성층의 기공의 평균직경은 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드 활성층의 기공의 평균직경은 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the average diameter of the pores of the anode active layer may be 0.1 μm or more and 10 μm or less. Specifically, the average diameter of the pores of the anode active layer may be 0.5 μm or more and 5 μm or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층을 제조하는 단계는 테이프 캐스팅법으로 제조되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the step of manufacturing the electrolyte layer may be manufactured by a tape casting method.

구체적으로, 상기 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계는 전해질층용 슬러리를 닥터 블레이드를 이용하여 이형 필름 상에 코팅하고 건조한 후, 상기 이형 필름을 박리하는 과정을 포함하며, 이때 상기 건조는 50℃ 내지 120℃에서 10분 이하로 수행되는 것일 수 있다.Specifically, the step of manufacturing the electrolyte layer by the tape casting method includes coating the slurry for the electrolyte layer on a release film using a doctor blade, drying it, and then peeling the release film, wherein the drying is 50 ° C. It may be performed at 120 ° C. or less for 10 minutes.

이때, 사용되는 이형 필름의 종류는 크게 한정하지는 않으나, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이 사용될 수 있다. At this time, the type of the release film used is not particularly limited, but preferably a polyethylene terephthalate film may be used.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층은 전해질층용 슬러리를 이용하여 제조되고, 상기 애노드 활성층 상에 구비될 수 있다.In one embodiment of the present specification, the electrolyte layer is prepared using a slurry for an electrolyte layer, and may be provided on the anode active layer.

상기 전해질층용 슬러리는 볼밀링에 의해 제조되고 산화 및 환원 분위기에서 안정성이 높고, 높은 이온전도도 및 낮은 전자전도도를 가지는 재료, 예컨대 산소이온 전도성 무기물을 포함할 수 있다.The slurry for the electrolyte layer may include a material prepared by ball milling, having high stability in an oxidation and reduction atmosphere, and having high ion conductivity and low electron conductivity, such as an oxygen ion conductive inorganic substance.

구체적으로, 상기 산소이온 전도성 무기물은 산화 지르코늄계, 산화 세륨계, 산화 란탄계, 산화 티타늄계 및 산화 비스무스계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 복합 금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전해질층의 산소 이온 전도성 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) 및 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 YSZ를 포함할 수 있다.Specifically, the oxygen ion-conducting inorganic material may include a complex metal oxide including at least one selected from the group consisting of zirconium oxide-based, cerium oxide-based, lanthanum-based, titanium oxide-based, and bismuth-oxide-based materials. More specifically, the oxygen ion conductive inorganic material of the electrolyte layer is yttria stabilized zirconium oxide (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15), Scandia Stabilized zirconium oxide (ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 ~ 0.15), samarium dop ceria (SDC: (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1- x , x = 0.02 ~ 0.4) and gadolinium dope ceria (GDC: (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 ~ 0.4), and may include at least one, preferably May include YSZ.

상기 전해질층용 슬러리는 필요에 따라 기공 형성제, 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The slurry for the electrolyte layer may further include at least one of a pore former, a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent, if necessary, and the binder resin, plasticizer, dispersant, and solvent are not particularly limited, and are known in the art. Conventional materials can be used.

상기 전해질층용 슬러리의 총중량을 기준으로, 상기 산소 이온 전도성을 갖는 무기물 입자의 함량은 40중량% 내지 70중량%일 수 있다.Based on the total weight of the slurry for the electrolyte layer, the content of the inorganic particles having oxygen ion conductivity may be 40% to 70% by weight.

상기 전해질층용 슬러리의 총중량을 기준으로, 용매의 함량이 20중량% 내지 40중량%이고, 분산제의 함량이 5중량% 내지 10중량%이고, 가소제의 함량이 0.5중량% 내지 3중량%이고, 바인더의 함량이 5중량% 내지 20 중량% 일 수 있다.Based on the total weight of the slurry for the electrolyte layer, the content of the solvent is 20% to 40% by weight, the content of the dispersant is 5% to 10% by weight, the content of the plasticizer is 0.5% to 3% by weight, and the binder The content of may be 5% by weight to 20% by weight.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층의 두께는 3㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질층의 두께는 3㎛ 이상 20㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the thickness of the electrolyte layer may be 3 μm or more and 50 μm or less. Specifically, the thickness of the electrolyte layer may be 3 μm or more and 20 μm or less.

상기 두께를 만족하는 경우, 산소 이온이 지나가기 용이하여 발전 용량의 저하를 방지할 수 있다. When the above thickness is satisfied, it is easy for oxygen ions to pass and thus it is possible to prevent a decrease in power generation capacity.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드 확산 배리어층은 캐소드 확산 배리어층용 조성물을 상기 전해질층 상에 스프레이 코팅하여 형성될 수 있다.In one embodiment of the present specification, the cathode diffusion barrier layer may be formed by spray coating the composition for the cathode diffusion barrier layer on the electrolyte layer.

상기 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 단계는 캐소드 확산 배리어층용 조성물을 상기 전해질층 상에 코팅하고 건조하는 과정을 포함하며, 이때 상기 건조는 50℃ 내지 120℃에서 10분 이하로 수행되는 것일 수 있다.The forming of the cathode diffusion barrier layer by the spray coating method includes a process of coating and drying the composition for the cathode diffusion barrier layer on the electrolyte layer, wherein the drying is performed at 50 ° C to 120 ° C for 10 minutes or less. May be

이때, 캐소드 확산 배리어층용 조성물은 볼밀링에 의해 제조되고 GDC(Gd-doped ceria) 또는 SDC(samaria-doped ceria)를 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 GDC(Gd-doped ceria)를 포함하는 것일 수 있다. At this time, the composition for the cathode diffusion barrier layer may be manufactured by ball milling and include GDC (Gd-doped ceria) or SDC (samaria-doped ceria), and preferably include GDC (Gd-doped ceria). Can be.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드 확산 배리어층용 조성물은 기공 형성제, 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.In one embodiment of the present specification, the composition for the cathode diffusion barrier layer may further include at least one of a pore former, a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent, and the binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent are particularly limited. It does not do so, and conventional materials known in the art can be used.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드 확산 배리어층용 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 GDC(Gd-doped ceria)의 함량이 40중량% 이상 70중량% 이하이며, 용매의 함량이 20중량% 이상 40중량% 이하이고, 분산제의 함량이 5중량% 이상 10중량% 이하이고, 가소제의 함량이 3중량% 이하이고, 바인더 수지의 함량이 3중량% 이상 20중량% 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, based on the total weight of the composition for the cathode diffusion barrier layer, the content of the GDC (Gd-doped ceria) is 40% by weight or more and 70% by weight or less, and the content of the solvent is 20% by weight More than 40% by weight, the content of the dispersant is 5% by weight or more and 10% by weight or less, the content of the plasticizer is 3% by weight or less, and the content of the binder resin may be 3% by weight or more and 20% by weight or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드 확산 배리어층의 두께는 1㎛ 이상 30㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 캐소드 확산 배리어층의 두께는 1㎛ 이상 15㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the thickness of the cathode diffusion barrier layer may be 1 μm or more and 30 μm or less. Specifically, the thickness of the cathode diffusion barrier layer may be 1 μm or more and 15 μm or less.

상기 범위를 만족하는 경우, 캐소드 내의 물질이 전해질층으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. When the above range is satisfied, it is possible to effectively prevent the material in the cathode from diffusing into the electrolyte layer.

본 명세서에 일 실시상태에 있어서, 제조된 애노드 지지층, 애노드 활성층 및 전해질층을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계는, 제조된 애노드 지지층, 애노드 활성층 및 캐소드 확산 배리어층을 구비한 전해질층을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 것일 수 있다. In an exemplary embodiment of the present specification, the step of sequentially stacking the prepared anode support layer, the anode active layer, and the electrolyte layer to form a laminate includes an electrolyte layer having the prepared anode support layer, anode active layer, and cathode diffusion barrier layer. It may be to sequentially stack to form a laminate.

이때, 상기 적층체는 애노드 지지층/애노드 활성층/전해질층/캐소드 확산 배리어층의 구조일 수 있다. At this time, the laminate may have a structure of an anode support layer / anode active layer / electrolyte layer / cathode diffusion barrier layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 적층체를 동시 소성하는 단계는, 상기 적층체의 각 층을 한 번의 소성 공정으로 동시에 소성하는 것을 의미한다. In an exemplary embodiment of the present specification, the step of simultaneously firing the laminate means simultaneously firing each layer of the laminate in one firing process.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 동시 소성은 1300℃ 내지 1500℃에서 소성하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the simultaneous firing may be a firing at 1300 ° C to 1500 ° C.

상기 동시 소성 온도가 1500℃ 초과인 경우, 상기 적층체가 완전 소결됨에 따라 전해질층의 치밀도가 너무 높아져서 연료 효율이 떨어질 수 있고, 1300℃ 미만인 경우, 적층체의 소결이 완전히 이뤄지기 않기 때문에, 적층체의 강도가 낮아져 스택 제조 시, 적층체가 깨질 수 있고, 전해질층의 치밀도가 낮아져 연료 효율이 떨어질 수 있다.When the co-fired temperature is higher than 1500 ° C, the density of the electrolyte layer becomes too high as the laminate is completely sintered, resulting in poor fuel efficiency, and if it is less than 1300 ° C, sintering of the laminate is not completely performed, so When the strength of the sieve is lowered and the stack is manufactured, the laminate may be broken, and the density of the electrolyte layer may be lowered, and fuel efficiency may decrease.

본 명세서는 전술한 고체산화물 연료전지의 제조방법에 따라 제조된 고체산화물 연료전지를 제공한다. The present specification provides a solid oxide fuel cell manufactured according to the above-described method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고체산화물 연료전지는 상기 전해질층 상에 구비된 캐소드를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the solid oxide fuel cell may further include a cathode provided on the electrolyte layer.

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 material having oxygen ion conductivity to be applied to an anode for a solid oxide fuel cell. The type of the inorganic material is not particularly limited, but the inorganic material is yttria stabilized zirconium oxide (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15), Scandia Stabilized zirconium oxide (ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 ~ 0.15), samarium dop ceria (SDC: (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1- x , x = 0.02 ~ 0.4), gadolinium dope ceria (GDC: (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 ~ 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 (Lanthanum 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) It may include.

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 is Lanthanum strontium manganese oxide (LSM), Lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), Lanthanum strontium nickel ferrite (LSNF), Lanthanum strontium nickel ferrite (LSNF), Lanthanum calcium nickel ferrite nickel (Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF) ferrite: LCNF), Lanthanum strontium cobalt oxide (LSC), Gadolinium strontium cobalt oxide (GSC), Lanthanum strontium ferrite (LSF), Samarium strontium ferrite (LSF), Samarium strontium cobalt oxide cobalt oxide (SSC), barium strontium cobalt ferrite (BSCF) and lanthanum strontium gallium magnesium oxide (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 μm or more and 100 μm or less. Specifically, the average thickness of the cathode may be 20 μm or more and 50 μm 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 pore diameter of the cathode may be 0.1 μm or more and 10 μm or less. Specifically, the average pore diameter of the cathode may be 0.5 μm or more and 5 μm or less. More specifically, the average diameter of the pores of the cathode may be 0.5 μm or more and 2 μm or less.

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, 이웃한 층의 그린시트와 함께 소성하여 캐소드를 제조할 수 있다. The method for manufacturing the cathode is not particularly limited, but, for example, the cathode slurry is directly coated on the electrolyte layer to dry and fire it, or the cathode slurry is coated on a separate release paper and dried to produce a cathode green sheet. Then, the cathode can be prepared by firing together 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 includes inorganic particles having oxygen ion conductivity, and if necessary, the cathode slurry may further include at least one of a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and a solvent, and the binder resin, a plasticizer, a dispersant, and The solvent is not particularly limited, and conventional materials known in the art may 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.Based on the total weight of the slurry for the cathode, the content of the inorganic particles having oxygen ion conductivity is 40% by weight or more and 70% by weight or less, the content of the solvent is 10% by weight or more and 30% by weight or less, and the content of the dispersant is 5% by weight or more and 10% by weight or less, the content of the plasticizer is 0.5% by weight or more and 3% by weight or less, and the content of the binder resin may be 10% by weight or more and 30% by weight or less.

상기 고체산화물 연료전지의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.The shape of the solid oxide fuel cell is not limited, and may be, for example, coin, flat, cylindrical, horn, button, sheet or stacked.

상기 고체산화물 연료전지는 구체적으로 가정/건물용 및 대규모사업용 발전 시스템에 사용될 수 있다.The solid oxide fuel cell may be specifically used in home / building and large-scale business power generation systems.

본 명세서는 고체산화물 연료진지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.The present specification provides a battery module including a solid oxide fuel position as a unit cell.

도 6은 고체산화물 연료전지를 포함하는 전지모듈의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것으로, 고체산화물 연료전지는 전지모듈(60), 산화제 공급부(70) 및 연료 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.6 schematically illustrates an embodiment of a battery module including a solid oxide fuel cell, and the solid oxide fuel cell includes a battery module 60, an oxidizing agent supply unit 70, and a fuel supply unit 80.

전지모듈(60)은 상술한 고체산화물 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 two or more of the aforementioned solid oxide fuel cells as a unit cell, and when two or more unit cells are included, includes a separator interposed therebetween. The separator prevents the unit cells from being electrically connected and transfers fuel and 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 oxidizing agent supply unit 70 serves to supply the oxidizing agent to the battery module 60. As the oxidizing agent, oxygen is typically used, and oxygen or air may be injected into the oxidizing agent supply unit 70 to be 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, a fuel tank 81 for storing fuel, and a pump 82 for supplying 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.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석 되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present specification. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not interpreted to be limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more fully describe the present specification to those skilled in the art.

<실시예><Example>

도 1은 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지의 제조방법 순서도이다. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to an embodiment.

중량비 50:50으로 포함된 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia) 및 NiO의 복합체와 기공 형성제로 이루어진 분말, 분산제, 바인더, 가소제 및 톨루엔을 포함하는 애노드 지지층용 슬러리를 제조하였다. 이때 상기 애노드 지지층용 슬러리 총 중량%을 기준으로, 상기 분말의 함량은 47중량%이고, 상기 분산제의 함량은 7중량%이고, 상기 바인더의 함량은 15중량%이고, 상기 가소제의 함량은 1중량%이고, 상기 톨루엔의 함량은 30중량%이다. 상기 분말 100 중량부를 기준으로, 상기 기공 형성제의 함량은 10중량%이다.A slurry for an anode support layer including a powder, a dispersant, a binder, a plasticizer, and toluene composed of a complex of yttria stabilized zirconium oxide (zirconia) and NiO included in a weight ratio of 50:50 and a pore former was prepared. At this time, based on the total weight% of the slurry for the anode support layer, the content of the powder is 47% by weight, the content of the dispersant is 7% by weight, the content of the binder is 15% by weight, and the content of the plasticizer is 1% by weight. %, And the toluene content is 30% by weight. Based on 100 parts by weight of the powder, the content of the pore-forming agent is 10% by weight.

상기 애노드 지지층용 슬러리를 닥터 블레이드를 이용하여 테이프 캐스팅법으로 이형 필름 상에 코팅하고, 건조한 후 상기 이형 필름을 박리하여 두께 100㎛의 애노드 지지층을 제조하였다.The slurry for the anode support layer was coated on a release film by a tape casting method using a doctor blade, dried, and then the release film was peeled to prepare an anode support layer having a thickness of 100 μm.

중량비 40:60으로 포함된 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia) 및 NiO의 복합체를 사용한 것을 제외하고는 전술한 애노드 지지층의 제조방법과 동일하게 진행하여 두께 50㎛의 애노드 활성층을 제조하였다.Except for using a complex of yttria stabilized zirconium oxide (zirconia) and NiO included in a weight ratio of 40:60, the same procedure as for the anode support layer described above was performed to prepare an anode active layer having a thickness of 50 μm.

분말로, 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia) 분말을 사용한 것을 제외하고는 전술한 애노드 지지층의 제조방법과 동일하게 진행하여 두께 10㎛의 전해질층을 제조하였고, 연속된 공정으로 상기 제조된 전해질층 상에 GDC(Gd-doped ceria) 분말, 분산제, 바인더, 가소제 및 톨루엔을 포함하는 캐소드 확산 배리어층용 조성물을 스프레이 코팅법으로 코팅하여 두께 5㎛의 캐소드 확산 배리어층을 제조하였다. As a powder, an yttria stabilized zirconium oxide (zirconia) powder was used, and the same procedure as in the above-described anode support layer manufacturing method was performed to prepare an electrolyte layer having a thickness of 10 μm, and was prepared in a continuous process. On the electrolyte layer, a composition for a cathode diffusion barrier layer containing GDC (Gd-doped ceria) powder, a dispersant, a binder, a plasticizer, and toluene was coated by a spray coating method to prepare a cathode diffusion barrier layer having a thickness of 5 μm.

제조된 애노드 지지층, 애노드 활성층 및 캐소드 확산 배리어층을 구비한 전해질층을 순차적으로 적층하여 적층체를 제조하였다. The prepared anode support layer, the anode active layer, and the electrolyte layer having the cathode diffusion barrier layer were sequentially stacked to prepare a laminate.

제조된 적층체를 1400℃에서 동시 소성하여 고체산화물 연료전지용 반쪽전지를 제조하였다.The produced laminate was simultaneously fired at 1400 ° C to produce a half-cell for a solid oxide fuel cell.

<비교예><Comparative Example>

도 2는 비교예에 따른 고체 산화물 연료전지의 제조방법 순서도이다. 2 is a flowchart of a method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to a comparative example.

적층체를 제조하는 단계에서, 전해질층과 캐소드 확산 배리어층을 각각 제조하여 적층한 것을 제외하고는 전술한 실시예와 동일하게 진행하여 고체산화물 연료전지용 반쪽전지를 제조하였다. In the step of manufacturing the laminate, the electrolyte layer and the cathode diffusion barrier layer were prepared and stacked, respectively, to proceed in the same manner as in the above-described embodiment to prepare a solid oxide fuel cell half battery.

<실험예><Experimental Example>

실시예 및 비교예에서 제조된 고체산화물 연료전지의 캐소드 확산 배리어층이 구비된 전해질층의 상면에서 촬영하여 캐소드 확산 배리어층이 구비된 전해질층의 단락 발생 여부를 확인하였고, 이를 도 4 및 도5에 나타내었다. It was confirmed whether or not a short circuit occurred in the electrolyte layer provided with the cathode diffusion barrier layer by photographing the top surface of the electrolyte layer provided with the cathode diffusion barrier layer of the solid oxide fuel cell prepared in Examples and Comparative Examples. It is shown in.

도 4에 따르면, 실시예에서 제조된 고체산화물 연료전지는 캐소드 확산 배리어층이 구비된 전해질층의 치밀도가 우수하고 요철이 없는 매끈한 면으로 제조되어 단락이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.According to FIG. 4, it was confirmed that the solid oxide fuel cell prepared in the example was made of a smooth surface having excellent density and no irregularities of the electrolyte layer provided with the cathode diffusion barrier layer, and thus no short circuit occurred.

도 5에 따르면, 비교예에서 제조된 고체산화물 연료전지는 캐소드 확산 배리어층이 구비된 전해질층의 층분리 현상이 발생하여 단락이 발생한 것을 확인할 수 있었다.According to FIG. 5, it was confirmed that the solid oxide fuel cell prepared in the comparative example had a layer separation phenomenon in the electrolyte layer provided with the cathode diffusion barrier layer, resulting in a short circuit.

60: 전지모듈
70: 산화제 공급부
80: 연료 공급부
81: 연료탱크
82: 펌프
60: battery module
70: oxidizing agent supply unit
80: fuel supply
81: fuel tank
82: Pump

Claims (11)

테이프 캐스팅법으로 애노드 지지층을 제조하는 단계;
테이프 캐스팅법으로 애노드 활성층을 제조하는 단계;
테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계;
제조된 애노드 지지층, 애노드 활성층 및 전해질층을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하는 단계; 및
상기 적층체를 동시 소성하는 단계를 포함하고,
상기 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계는 상기 전해질층 상에 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
Preparing an anode support layer by a tape casting method;
Preparing an anode active layer by a tape casting method;
Preparing an electrolyte layer by a tape casting method;
Sequentially stacking the prepared anode support layer, anode active layer, and electrolyte layer to form a laminate; And
Comprising the step of simultaneously firing the laminate,
The step of manufacturing the electrolyte layer by the tape casting method further comprises forming a cathode diffusion barrier layer by spray coating on the electrolyte layer.
청구항 1에 있어서,
상기 테이프 캐스팅법으로 전해질층을 제조하는 단계 및 상기 전해질층 상에 스프레이 코팅법으로 캐소드 확산 배리어층을 형성하는 단계는 연속적인 공정으로 수행되는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The manufacturing method of the solid oxide fuel cell is a step of manufacturing an electrolyte layer by the tape casting method and forming a cathode diffusion barrier layer by a spray coating method on the electrolyte layer.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드 지지층은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ) 및 NiO의 복합체를 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The anode support layer is a yttria (yttria) stabilized zirconium oxide (zirconia) (YSZ) and a method of manufacturing a solid oxide fuel cell comprising a composite of NiO.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드 활성층은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ) 및 NiO의 복합체를 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The anode active layer is a yttria (yttria) stabilized zirconium oxide (zirconia) (YSZ) and a method of manufacturing a solid oxide fuel cell comprising a complex of NiO.
청구항 1에 있어서,
상기 전해질층은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ)를 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The electrolyte layer is yttria (yttria) stabilized zirconium oxide (zirconia) (YSZ) method of manufacturing a solid oxide fuel cell.
청구항 1에 있어서,
상기 캐소드 확산 배리어층은 GDC(Gd-doped ceria)를 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The cathode diffusion barrier layer is a method of manufacturing a solid oxide fuel cell comprising a GDC (Gd-doped ceria).
청구항 1에 있어서,
상기 동시 소성은 1300℃ 내지 1500℃에서 소성하는 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The co-fired method of manufacturing a solid oxide fuel cell that is fired at 1300 ℃ to 1500 ℃.
청구항 1에 있어서,
상기 전해질층의 두께는 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a solid oxide fuel cell having a thickness of the electrolyte layer is 1㎛ 30㎛.
청구항 1에 있어서,
상기 캐소드 확산 배리어층의 두께는 1㎛ 이상 30㎛ 이하인 것인 고체산화물 연료전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The cathode diffusion barrier layer is a method of manufacturing a solid oxide fuel cell having a thickness of 1㎛ to 30㎛.
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 고체산화물 연료전지의 제조방법에 따라 제조된 고체산화물 연료전지.A solid oxide fuel cell manufactured according to the method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 9. 청구항 10에 따른 고체산화물 연료전지를 포함하는 전지모듈.
Battery module comprising a solid oxide fuel cell according to claim 10.
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