KR20220006373A - Single chamber typed stacked thin film solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20220006373A
KR20220006373A KR1020200084253A KR20200084253A KR20220006373A KR 20220006373 A KR20220006373 A KR 20220006373A KR 1020200084253 A KR1020200084253 A KR 1020200084253A KR 20200084253 A KR20200084253 A KR 20200084253A KR 20220006373 A KR20220006373 A KR 20220006373A
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Abstract

The present invention provides a single-chamber type multilayer thin film solid oxide fuel cell capable of increasing the voltage provided by implementing the stacking of fuel cell units in a single-chamber structure. According to one embodiment of the present invention, the single-chamber type multilayer thin film solid oxide fuel cell includes: a nanoporous substrate; a first anode layer positioned on the nanoporous substrate; a first electrolyte layer positioned on the first anode layer; a first cathode layer positioned on the first electrolyte layer; a second anode layer positioned on the first cathode layer; a second electrolyte layer positioned on the second anode layer; and a second cathode layer positioned on the second electrolyte layer.

Description

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지 및 그 제조 방법{Single chamber typed stacked thin film solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same}Single chamber typed stacked thin film solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell and a method for manufacturing the same.

고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cell: SOFC)는 연료 가스의 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 발전기술로서, 고효율 및 환경친화적인 특징이 있다. 이러한 고체 산화물 연료전지는 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있으므로, 전해질의 손실이나 부식이 발생하지 않고, 구조가 간단하고, 소재가 저렴하며, 또한 불순물 함량이 높은 연료도 사용할 수 있는 등 많은 장점을 지니고 있다. 또한, 연료를 수소로 개질할 필요 없이 탄화수소계 연료를 직접 사용할 수 있으므로, 연료전지 시스템의 단순화와 제작비용 감소로 이어질 수 있다.A solid oxide fuel cell (SOFC) is a power generation technology that directly converts chemical energy of fuel gas into electrical energy, and has high efficiency and environment-friendly characteristics. Since all components of the solid oxide fuel cell are made of solid, electrolyte loss or corrosion does not occur, the structure is simple, the material is inexpensive, and fuel with high impurity content can be used. have. In addition, since the hydrocarbon-based fuel can be directly used without reforming the fuel into hydrogen, the fuel cell system can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

고체 산화물 연료전지는 충분한 전기전도도의 확보를 위하여, 1000℃ 이상의 고온에서 작동되는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 고온의 작동온도로 인하여, 적용범위가 제한되고, 다공성 전극의 열적 열화, 구성 성분간 계면 반응, 열팽창 차이에 따른 응력 발생 등과 같은 성능저하가 발생할 수 있다. 따라서, 작동 온도를 약 500℃ 내지 600℃로 감소시키는 연구가 진행되고 있으나, 전해질에서의 저항 손실이 증가하여 고체 산화물 연료전지의 전압특성이 저하될 수 있다.In order to ensure sufficient electrical conductivity, the solid oxide fuel cell is generally operated at a high temperature of 1000° C. or higher. However, due to such a high operating temperature, the application range is limited, and performance degradation such as thermal deterioration of the porous electrode, interfacial reaction between components, and stress generation due to difference in thermal expansion may occur. Accordingly, although research has been conducted to reduce the operating temperature to about 500° C. to 600° C., the voltage characteristic of the solid oxide fuel cell may be deteriorated due to an increase in resistance loss in the electrolyte.

따라서, 고체 산화물 연료전지의 작동온도를 낮추고, 동시에 출력저하방지 및 이온전도저항 개선을 위하여 전해질층의 박막화를 시도하고 있다. 적층박막 고체 산화물 연료전지는 넓은 반응면적을 확보할 수 있어 촉매 활성도가 높고, 얇은 전해질을 가지므로 이온전도도를 증가시킬 수 있어, 500℃ 수준의 저온에서 효율적인 작동이 가능하다. 적층박막 고체 산화물 연료전지는 제조가 용이하면서 저온에서 촉매 활성도가 높은 백금과 같은 귀금속을 애노드로 구성하는 것이 일반적이다.Accordingly, attempts are being made to thin the electrolyte layer in order to lower the operating temperature of the solid oxide fuel cell, and at the same time prevent a decrease in output and improve ion conduction resistance. The laminated thin film solid oxide fuel cell has a high catalytic activity because it can secure a large reaction area, and it has a thin electrolyte, so it can increase ionic conductivity, and efficient operation at a low temperature of 500°C is possible. The laminated thin film solid oxide fuel cell is generally made of a noble metal such as platinum, which is easy to manufacture and has high catalytic activity at a low temperature, as an anode.

한국특허등록번호 제10-1290577호Korean Patent Registration No. 10-1290577

종래의 경우, 단실 구조 하에서는 연료전지의 적층화가 매우 어렵고, 연료전지 단위체들의 전극을 연결하는 연결체로 요구하는 등 추가부품이 필요하므로, 연료전지의 크기를 증가시키는 한계가 있다.In the conventional case, it is very difficult to stack fuel cells under a single-room structure, and additional parts such as a connector for connecting electrodes of fuel cell units are required, so there is a limitation in increasing the size of the fuel cell.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 단실 구조에서 연료전지 단위체의 적층화를 구현함으로써 제공하는 전압을 증가시킬 수 있는 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell capable of increasing a voltage provided by realizing stacking of fuel cell units in a single-cell structure, and a method for manufacturing the same.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 의하면, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지는, 나노 다공성 기판; 상기 나노 다공성 기판 상에 위치한 제1 애노드층; 상기 제1 애노드층 상에 위치한 제1 전해질층; 상기 제1 전해질층 상에 위치한 제1 캐소드층; 상기 제1 캐소드층 상에 위치한 제2 애노드층; 상기 제2 애노드층 상에 위치한 제2 전해질층; 및 상기 제2 전해질층 상에 위치한 제2 캐소드층; 을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell includes: a nano-porous substrate; a first anode layer positioned on the nanoporous substrate; a first electrolyte layer positioned on the first anode layer; a first cathode layer positioned on the first electrolyte layer; a second anode layer positioned on the first cathode layer; a second electrolyte layer positioned on the second anode layer; and a second cathode layer positioned on the second electrolyte layer; may include

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 애노드층, 상기 제1 전해질층, 및 상기 제1 캐소드층은 제1 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제2 애노드층, 상기 제2 전해질층, 및 상기 제2 캐소드층은 제2 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제1 연료전지 단위 구조체와 상기 제2 연료전지 단위 구조체는 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first anode layer, the first electrolyte layer, and the first cathode layer may constitute a first fuel cell unit structure, the second anode layer, the second electrolyte The layer and the second cathode layer may constitute a second fuel cell unit structure, and the first fuel cell unit structure and the second fuel cell unit structure may be electrically connected in series.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 애노드층은 상기 나노 다공성 기판의 일부 영역 상에 위치할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first anode layer may be located on a partial region of the nano-porous substrate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 전해질층은, 상기 제1 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제1 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제1 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first electrolyte layer is positioned on a partial region of the first anode layer so that one end of the first anode layer is exposed, and at the one end of the exposed first anode layer It may extend so as to contact the nano-porous substrate from the opposite side.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 캐소드층은, 상기 제1 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제1 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제1 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first cathode layer is located on a partial region of the first electrolyte layer so that one end of the first electrolyte layer is exposed, and at the one end of the exposed first electrolyte layer It may extend so as to contact the nano-porous substrate from the opposite side.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 애노드층은, 상기 제1 캐소드층의 일단부가 노출되도록 상기 제1 캐소드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제1 캐소드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second anode layer is positioned on a partial region of the first cathode layer so that one end of the first cathode layer is exposed, and at the one end of the exposed first cathode layer It may extend so as to contact the nano-porous substrate from the opposite side.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 전해질층은, 상기 제2 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제2 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제2 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second electrolyte layer is located on a partial region of the second anode layer so that one end of the second anode layer is exposed, and at the one end of the exposed second anode layer It may extend so as to contact the nano-porous substrate from the opposite side.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 캐소드층은, 상기 제2 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제2 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제2 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second cathode layer is located on a partial region of the second electrolyte layer such that one end of the second electrolyte layer is exposed, and at the one end of the exposed second electrolyte layer It may extend so as to contact the nano-porous substrate from the opposite side.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지는, 나노 다공성 기판; 상기 나노 다공성 기판 상에 위치한 제1 애노드층; 상기 제1 애노드층 상에 위치한 제1 전해질층; 상기 제1 전해질층 상에 위치한 제1 캐소드층; 상기 제1 캐소드층 상에 위치한 제2 애노드층; 상기 제2 애노드층 상에 위치한 제2 전해질층; 상기 제2 전해질층 상에 위치한 제2 캐소드층; 상기 제2 캐소드층 상에 위치한 제3 애노드층; 상기 제3 애노드층 상에 위치한 제3 전해질층; 상기 제3 전해질층 상에 위치한 제3 캐소드층; 상기 제3 캐소드층 상에 위치한 제4 애노드층; 상기 제4 애노드층 상에 위치한 제4 전해질층; 상기 제4 전해질층 상에 위치한 제4 캐소드층; 및 상기 제1 애노드층, 상기 제1 전해질층, 상기 제1 캐소드층, 상기 제2 애노드층, 및 상기 제2 전해질층 상에 위치한 나노 다공성 분리층;을 포함하고, 상기 제3 전해질층, 상기 제3 캐소드층, 상기 제4 애노드층, 상기 제4 전해질층, 및 상기 제4 캐소드층은 상기 나노 다공성 분리층 상에 위치할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell includes: a nano-porous substrate; a first anode layer positioned on the nanoporous substrate; a first electrolyte layer positioned on the first anode layer; a first cathode layer positioned on the first electrolyte layer; a second anode layer positioned on the first cathode layer; a second electrolyte layer positioned on the second anode layer; a second cathode layer positioned on the second electrolyte layer; a third anode layer positioned on the second cathode layer; a third electrolyte layer positioned on the third anode layer; a third cathode layer positioned on the third electrolyte layer; a fourth anode layer positioned on the third cathode layer; a fourth electrolyte layer positioned on the fourth anode layer; a fourth cathode layer positioned on the fourth electrolyte layer; and a nanoporous separation layer positioned on the first anode layer, the first electrolyte layer, the first cathode layer, the second anode layer, and the second electrolyte layer; including, the third electrolyte layer, the A third cathode layer, the fourth anode layer, the fourth electrolyte layer, and the fourth cathode layer may be located on the nano-porous separation layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 애노드층, 상기 제1 전해질층, 및 상기 제1 캐소드층은 제1 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제2 애노드층, 상기 제2 전해질층, 및 상기 제2 캐소드층은 제2 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제3 애노드층, 상기 제3 전해질층, 및 상기 제4 캐소드층은 제3 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제4 애노드층, 상기 제4 전해질층, 및 상기 제4 캐소드층은 제4 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 상기 제1 연료전지 단위 구조체, 상기 제2 연료전지 단위 구조체, 상기 제3 연료전지 단위 구조체, 및 상기 제4 연료전지 단위 구조체는 상기 순서에 따라 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first anode layer, the first electrolyte layer, and the first cathode layer may constitute a first fuel cell unit structure, the second anode layer, the second electrolyte The layer and the second cathode layer may constitute a second fuel cell unit structure, and the third anode layer, the third electrolyte layer, and the fourth cathode layer may constitute a third fuel cell unit structure. and the fourth anode layer, the fourth electrolyte layer, and the fourth cathode layer may constitute a fourth fuel cell unit structure. The first fuel cell unit structure, the second fuel cell unit structure, the third fuel cell unit structure, and the fourth fuel cell unit structure may be electrically connected in series according to the above order.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 적층박막 고체 산화물 연료전지는, 나노 다공성 기판; 상기 나노 다공성 기판 상에 위치하고, 상기 나노 다공성 기판을 제1 영역과 제2 영역으로 분리하는 분리층; 상기 나노 다공성 기판의 상기 제1 영역 상에 위치한 제5 애노드층; 상기 제5 애노드층 상에 위치한 제5 전해질층; 상기 제5 전해질층 상에 위치한 제5 캐소드층; 상기 제5 캐소드층 상에 위치한 제6 애노드층; 상기 제6 애노드층 상에 위치한 제6 전해질층; 상기 제6 전해질층 상에 위치한 제6 캐소드층; 상기 나노 다공성 기판의 상기 제2 영역 상에 위치한 제7 애노드층; 상기 제7 애노드층 상에 위치한 제7 전해질층; 상기 제7 전해질층 상에 위치한 제7 캐소드층; 상기 제7 캐소드층 상에 위치한 제8 애노드층; 상기 제8 애노드층 상에 위치한 제8 전해질층; 및 상기 제8 전해질층 상에 위치한 제8 캐소드층;을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the multilayer thin film solid oxide fuel cell, a nano-porous substrate; a separation layer positioned on the nano-porous substrate and separating the nano-porous substrate into a first region and a second region; a fifth anode layer positioned on the first region of the nanoporous substrate; a fifth electrolyte layer positioned on the fifth anode layer; a fifth cathode layer positioned on the fifth electrolyte layer; a sixth anode layer positioned on the fifth cathode layer; a sixth electrolyte layer positioned on the sixth anode layer; a sixth cathode layer positioned on the sixth electrolyte layer; a seventh anode layer positioned on the second region of the nanoporous substrate; a seventh electrolyte layer positioned on the seventh anode layer; a seventh cathode layer positioned on the seventh electrolyte layer; an eighth anode layer positioned on the seventh cathode layer; an eighth electrolyte layer positioned on the eighth anode layer; and an eighth cathode layer positioned on the eighth electrolyte layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제7 애노드층과 상기 제6 캐소드층을 전기적으로 연결하는 연결부;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a connection part electrically connecting the seventh anode layer and the sixth cathode layer; may further include.

발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제5 애노드층, 상기 제5 전해질층, 및 상기 제5 캐소드층은 제5 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제6 애노드층, 상기 제6 전해질층, 및 상기 제6 캐소드층은 제6 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제7 애노드층, 상기 제7 전해질층, 및 상기 제7 캐소드층은 제7 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있고, 상기 제8 애노드층, 상기 제8 전해질층, 및 상기 제8 캐소드층은 제8 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 상기 제5 연료전지 단위 구조체, 상기 제6 연료전지 단위 구조체, 상기 제7 연료전지 단위 구조체, 및 상기 제8 연료전지 단위 구조체는 상기 순서에 따라 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. According to one embodiment of the invention, the fifth anode layer, the fifth electrolyte layer, and the fifth cathode layer may constitute a fifth fuel cell unit structure, the sixth anode layer, the sixth electrolyte layer , and the sixth cathode layer may constitute a sixth fuel cell unit structure, and the seventh anode layer, the seventh electrolyte layer, and the seventh cathode layer may constitute a seventh fuel cell unit structure, and , the eighth anode layer, the eighth electrolyte layer, and the eighth cathode layer may constitute an eighth fuel cell unit structure. The fifth fuel cell unit structure, the sixth fuel cell unit structure, the seventh fuel cell unit structure, and the eighth fuel cell unit structure may be electrically connected in series according to the above order.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제5 애노드층은 상기 나노 다공성 기판의 일부 영역 상에 위치할 수 있고, 상기 제7 애노드층은 상기 나노 다공성 기판의 일부 영역 상에 위치할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fifth anode layer may be positioned on a partial region of the nano-porous substrate, and the seventh anode layer may be positioned on a partial region of the nano-porous substrate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제5 전해질층은, 상기 제5 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제5 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제5 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있고, 상기 제7 전해질층은, 상기 제7 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제7 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제7 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fifth electrolyte layer is located on a partial region of the fifth anode layer so that one end of the fifth anode layer is exposed, and at the one end of the exposed fifth anode layer may extend in contact with the nano-porous substrate from the opposite side, and the seventh electrolyte layer is located on a partial region of the seventh anode layer so that one end of the seventh anode layer is exposed, and the seventh anode exposed It may extend to contact the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제5 캐소드층은, 상기 제5 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제5 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제5 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있고, 상기 제7 캐소드층은, 상기 제7 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제7 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제7 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fifth cathode layer is located on a partial region of the fifth electrolyte layer so that one end of the fifth electrolyte layer is exposed, and at the one end of the exposed fifth electrolyte layer may extend to contact the nanoporous substrate from the opposite side, and the seventh cathode layer is positioned on a partial region of the seventh electrolyte layer so that one end of the seventh electrolyte layer is exposed, and the seventh electrolyte exposed It may extend to contact the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제6 애노드층은, 상기 제5 캐소드층의 일단부가 노출되도록 상기 제5 캐소드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제5 캐소드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있고, 상기 제8 애노드층은, 상기 제7 캐소드층의 일단부가 노출되도록 상기 제7 캐소드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제7 캐소드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sixth anode layer is positioned on a partial region of the fifth cathode layer so that one end of the fifth cathode layer is exposed, and at the one end of the exposed fifth cathode layer may extend to contact the nano-porous substrate from the opposite side, and the eighth anode layer is positioned on a partial region of the seventh cathode layer so that one end of the seventh cathode layer is exposed, and the exposed seventh cathode It may extend to contact the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제6 전해질층은, 상기 제6 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제6 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제6 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있고, 상기 제8 전해질층은, 상기 제8 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제8 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제8 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sixth electrolyte layer is located on a partial region of the sixth anode layer so that one end of the sixth anode layer is exposed, and at the one end of the exposed sixth anode layer may extend in contact with the nano-porous substrate from the opposite side, and the eighth electrolyte layer is positioned on a partial region of the eighth anode layer so that one end of the eighth anode layer is exposed, and the eighth anode exposed It may extend to contact the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제6 캐소드층은, 상기 제6 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제6 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제6 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있고, 상기 제8 캐소드층은, 상기 제8 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제8 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제8 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sixth cathode layer is located on a partial region of the sixth electrolyte layer so that one end of the sixth electrolyte layer is exposed, and at the one end of the exposed sixth electrolyte layer may extend in contact with the nano-porous substrate from the opposite side, and the eighth cathode layer is located on a partial region of the eighth electrolyte layer so that one end of the eighth electrolyte layer is exposed, and the eighth electrolyte exposed It may extend to contact the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the layer.

본 발명의 일 관점에 의하면, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지는의 제조 방법은, 나노 다공성 기판의 적어도 일부 영역 상에 제1 애노드층을 형성하는 단계; 상기 제1 애노드층의 적어도 일부 영역 상에 제1 전해질층을 형성하는 단계; 상기 제1 전해질층의 적어도 일부 영역 상에 제1 캐소드층을 형성하는 단계; 상기 제1 캐소드층의 적어도 일부 영역 상에 제2 애노드층을 형성하는 단계; 상기 제2 애노드층의 적어도 일부 영역 상에 제2 전해질층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 전해질층의 적어도 일부 영역 상에 제2 캐소드층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method for manufacturing the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell includes: forming a first anode layer on at least a partial region of a nanoporous substrate; forming a first electrolyte layer on at least a partial region of the first anode layer; forming a first cathode layer on at least a partial region of the first electrolyte layer; forming a second anode layer on at least a partial region of the first cathode layer; forming a second electrolyte layer on at least a partial region of the second anode layer; and forming a second cathode layer on at least a partial region of the second electrolyte layer.

본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 단실 구조에서 연료전지 단위체의 적층화를 구현함으로써 제공하는 전압을 증가시킬 수 있는 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지를 제공할 수 있다. 종래의 연료전지에서는 적층화를 위하여 전극을 연결하는 연결체를 요구하고, 연료 교차를 방지하기 위하여 전극을 치밀한 전해질로 격리시키는 등 추가적인 장치 및 공정이 요구된다. 그러나, 본 발명의 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지는 다공성 기판을 사용하고, 전극들을 직접적으로 접촉하도록 적층하여 연결체를 제거하고, 전극을 분리하는 격실을 단실로 대체하여, 연료전지의 부피 절감, 부품의 단순화 및 제조비용 절감을 구현할 수 있다.According to the technical idea of the present invention, it is possible to provide a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell capable of increasing the voltage provided by realizing the stacking of fuel cell units in a single-cell structure. In the conventional fuel cell, a connector for connecting electrodes is required for stacking, and additional devices and processes are required, such as isolating the electrodes with a dense electrolyte to prevent fuel crossing. However, the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell of the present invention uses a porous substrate, removes a connector by stacking electrodes in direct contact, and replaces the compartment separating the electrodes with a single chamber, thereby reducing the volume of the fuel cell. , the simplification of parts and reduction of manufacturing cost can be realized.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지의 작동원리를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지에 사용되는 나노 다공성 기판을 나타내는 전계방사 주사전자현미경 사진들이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지에 대하여 제조공정 단계에 따라 도시하는 개략도들이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지를 도시하는 개략도이다.
도 10 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지에 대하여 제조공정 단계에 따라 도시하는 개략도들이다.1 is a schematic diagram illustrating an operating principle of a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a field emission scanning electron microscope photograph showing a nano-porous substrate used in a single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 to 8 are schematic views showing the steps of the manufacturing process for the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic diagram illustrating a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
10 to 17 are schematic views showing the steps of the manufacturing process for the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In this specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)의 작동원리를 설명하는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating the operating principle of a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)는 애노드(20), 전해질(30), 및 캐소드(40)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 10 includes an anode 20 , an electrolyte 30 , and a cathode 40 .

캐소드(40)은 애노드(20)과 마주보고 배치될 수 있다. 전해질(30)은 애노드(20)과 캐소드(40) 사이에 배치될 수 있다. 전해질(30)은 산소 이온 전도성 고체 산화물로 구성될 수 있다.The cathode 40 may be disposed to face the anode 20 . The electrolyte 30 may be disposed between the anode 20 and the cathode 40 . The electrolyte 30 may be composed of an oxygen ion conductive solid oxide.

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)의 전기화학반응은 하기 반응식에 나타낸 바와 같이, 캐소드(40)의 산소가스(O2)가 산소이온(O2-)으로 변하는 캐소드 반응과 애노드(20)의 연료(H2 또는 탄화수소)와 전해질을 통해 이동해 온 산소이온이 반응하는 애노드 반응으로 이루어진다.The electrochemical reaction of the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 10 is a cathode reaction in which oxygen gas (O 2 ) in the cathode 40 is changed into oxygen ions (O 2 - ) and the anode 20, as shown in the following reaction formula. ) of fuel (H 2 or hydrocarbon) and oxygen ions that have migrated through the electrolyte are reacted with an anode reaction.

<반응식><reaction formula>

애노드 반응: H2 + O2- -> H2O + 2e- Anode reaction: H 2 + O 2- -> H 2 O + 2e -

캐소드 반응: 1/2 O2 + 2e- -> O2- Cathodic reaction: 1/2 O 2 + 2e - -> O 2 -

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)의 캐소드(40)에서는 전극표면에 흡착된 산소가 해리 및 표면 확산을 거쳐, 전해질(30), 캐소드(40), 기공(미도시)이 만나는 삼상계면(triple phase boundary)으로 이동하여 전자를 얻어 산소이온으로 되고, 생성된 산소이온은 전해질(30)을 통해 연료극인 애노드(20)으로 이동하게 된다.In the cathode 40 of the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 10, oxygen adsorbed on the electrode surface undergoes dissociation and surface diffusion, and a three-phase interface where the electrolyte 30, the cathode 40, and pores (not shown) meet. (triple phase boundary) to obtain electrons and become oxygen ions, and the generated oxygen ions move to the anode 20, which is the anode, through the electrolyte 30.

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)의 애노드(20)에서는 이동한 산소이온이 연료 내에 포함된 수소와 결합하여 물을 생성한다. 이때 수소는 전자를 배출하여 수소 이온(H+)으로 변화하여 상기 산소이온과 결합한다. 배출된 전자는 배선(점선으로 도시됨)를 통하여 캐소드(40)으로 이동하여 산소를 산소 이온으로 변화시킨다. 이러한 전자 이동을 통하여, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)는 전지 기능을 수행할 수 있다. In the anode 20 of the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 10, the moved oxygen ions combine with hydrogen contained in the fuel to generate water. At this time, hydrogen emits electrons to change into hydrogen ions (H + ) and combine with the oxygen ions. The ejected electrons move to the cathode 40 through a wiring (shown by a dotted line) to change oxygen into oxygen ions. Through this electron transfer, the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 10 may perform a cell function.

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)는 해당 기술 분야에서 각종 문헌에 공지되어 있는 통상적인 방법을 이용하여 제조할 수 있으므로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)는 원통형(tubular) 스택, 평관형(flat tubular) 스택, 평판형(planar type) 스택 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(10)는 단위 전지의 스택(stack) 형태일 수 있다. 예를 들어, 애노드(20), 전해질(30), 및 캐소드(40)으로 구성되는 단위 전지가 직렬로 적층되고 상기 단위 전지들 사이에 이들을 전기적으로 연결하는 분리판(separator)가 개재되어 단위 전지의 스택(stack)이 얻어질 수 있다.Since the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 10 can be manufactured using a conventional method known in various documents in the art, a detailed description thereof will be omitted herein. In addition, the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 10 may be applied to various structures such as a cylindrical stack, a flat tubular stack, and a planar type stack. The single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 10 may be in the form of a stack of unit cells. For example, unit cells including the anode 20 , the electrolyte 30 , and the cathode 40 are stacked in series and a separator electrically connecting them is interposed between the unit cells. A stack of can be obtained.

애노드(20)는 하기에 언급되는 애노드층에 상응할 수 있다. 상기 애노드층은 본 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 애노드층은, 예를 들어 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 알루미늄(Al), Pt-GDC, Pt-YSZ, Pt-SDC, Pd-GDC, Pd-YSZ, Pd-SDC, Ru-GDC, Ru-YSZ, Ru-SDC, Ni-YSZ, Ni-GDC, 및 Ni-SDC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 물질은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 애노드층은 약 100 nm 내지 약 10000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 수치는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The anode 20 may correspond to the anode layer mentioned below. The anode layer is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. The anode layer is, for example, nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), copper (Cu), aluminum (Al), Pt-GDC, Pt-YSZ, Pt-SDC, It may include at least one of Pd-GDC, Pd-YSZ, Pd-SDC, Ru-GDC, Ru-YSZ, Ru-SDC, Ni-YSZ, Ni-GDC, and Ni-SDC. However, these materials are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto. In addition, the anode layer may have a thickness in the range of about 100 nm to about 10000 nm. However, these figures are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

전해질(30)은 하기에 언급되는 전해질층에 상응할 수 있다. 상기 전해질층은 본 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 전해질층은, 예를 들어 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 및 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC), LSGM, 및 스트론튬 또는 마그네슘이 도핑된 란타늄 갈레이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 물질은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전해질층(140)은 약 50 nm 내지 약 10000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 수치는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The electrolyte 30 may correspond to the electrolyte layer mentioned below. The electrolyte layer is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. The electrolyte layer is, for example, yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), and Samaria doped ceria (SDC), gadolinia doped ceria (GDC), LSGM, and doped with strontium or magnesium. It may include at least one of lanthanum gallate. However, these materials are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto. In addition, the electrolyte layer 140 may have a thickness in the range of about 50 nm to about 10000 nm. However, these figures are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

캐소드(40)는 하기에 언급되는 캐소드층에 상응할 수 있다. 상기 캐소드층은 본 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 캐소드층은, 예를 들어 팔라듐, 백금, Pt-YSZ, Pt-GDC, 및 LSCF (lanthanum strontium cobalt ferrite), LSC, LSM, LSCF-YSZ, LSCF-GDC, LSC-YSZ, LSC-GDC, BSCF, LaSrFe-YSZ, 및 NBSCF-40GDC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 물질은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 캐소드층(150)은 약 50 nm 내지 약 1000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 수치는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The cathode 40 may correspond to the cathode layer mentioned below. The cathode layer is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. The cathode layer is, for example, palladium, platinum, Pt-YSZ, Pt-GDC, and lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), LSC, LSM, LSCF-YSZ, LSCF-GDC, LSC-YSZ, LSC-GDC, BSCF. , LaSrFe-YSZ, and may include at least one of NBSCF-40GDC. However, these materials are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto. The cathode layer 150 may have a thickness ranging from about 50 nm to about 1000 nm. However, these figures are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기 애노드층, 상기 전해질층, 및 상기 캐소드층은 다양한 성막 방법에 의해 수행될 수 있고, 예를 들어, 증발법 (evaporation), 졸겔법, 스크린 프린팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 파이로리시스(spray pyrolysis), 스퍼터링법, 펄스 레이저 증착법 (pulsed laser deposition, PLD), 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD), 및 원자층증착법 (atomic layer deposition, ALD) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 성막 방법에서, 포토마스크를 이용한 리소그래피 공정을 이용할 수 있다.The anode layer, the electrolyte layer, and the cathode layer may be formed by various film formation methods, for example, evaporation, sol-gel method, screen printing, dip coating, spin coating, spray pyrolysis (spray). pyrolysis), sputtering, pulsed laser deposition (PLD), chemical vapor deposition (CVD), and atomic layer deposition (ALD). Further, in the above film forming method, a lithography process using a photomask can be used.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지에 사용되는 나노 다공성 기판을 나타내는 전계방사 주사전자현미경 사진들이다.2 is a field emission scanning electron microscope photograph showing a nano-porous substrate used in a single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 나노 다공성 기판은 다공성 양극 산화 알루미늄으로 구성된다. 상기 나노 다공성 기판에서, 기공 영역에서는 상기 애노드층이 형성되지 않으며 적색 원으로 표시된 기공테두리영역에서 애노드층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 애노드층은 서로 이격된 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 2 , the nanoporous substrate is made of porous anodized aluminum oxide. In the nanoporous substrate, the anode layer is not formed in the pore region, and the anode layer may be formed in the pore border region indicated by a red circle. Accordingly, the anode layer may have a structure spaced apart from each other.

도 3 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(100)에 대하여 제조공정 단계에 따라 도시하는 개략도들이다.3 to 8 are schematic views showing the steps of the manufacturing process for the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 나노 다공성 기판(110)을 제공한다. 나노 다공성 기판(110)은 10 nm 내지 200 nm 범위의 복수의 기공들을 포함할 수 있다. 나노 다공성 기판(110)은 기공을 포함하는 다공성 특성을 가짐으로서, 수소 가스 또는 산소 가스가 나노 다공성 기판(110)을 통과하여 제1 및 제2 애노드층(121, 122) 및 제1 및 제2 캐소드층(141, 142)에 도달할 수 있다.Referring to FIG. 3 , a nanoporous substrate 110 is provided. The nanoporous substrate 110 may include a plurality of pores in a range of 10 nm to 200 nm. The nanoporous substrate 110 has a porous property including pores, so that hydrogen gas or oxygen gas passes through the nanoporous substrate 110 to the first and second anode layers 121 and 122 and the first and second Cathode layers 141 and 142 may be reached.

나노 다공성 기판(110)은 다공성 양극 산화 알루미늄, 다공성 니켈 산화물, Ni-YSZ(Ni-yttria stabilized zirconia), Ni-SDC(Ni-samaria doped ceria), 및 Ni-GDC(Ni-gadolinium doped ceria) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 물질은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 나노 다공성 기판이 사용되는 경우에는 상기 애노드로의 기체 연료와 같은 반응물의 공급을 용이하게 하며, 삼상계면을 증가시켜 연료전지 성능을 향상시킬 수 있다.The nano-porous substrate 110 is made of porous aluminum oxide, porous nickel oxide, Ni-yttria stabilized zirconia (Ni-YSZ), Ni-samaria doped ceria (Ni-SDC), and Ni-gadolinium doped ceria (Ni-GDC). It may include at least one. However, these materials are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto. When such a nanoporous substrate is used, it is possible to facilitate the supply of a reactant such as gaseous fuel to the anode, and increase the three-phase interface, thereby improving fuel cell performance.

이어서, 나노 다공성 기판(110)의 적어도 일부 영역 상에 제1 애노드층(121)을 형성한다. 제1 애노드층(121)에 의하여 덮이지 않는 나노 다공성 기판(110)의 영역은 노출될 수 있다.Next, a first anode layer 121 is formed on at least a partial region of the nanoporous substrate 110 . An area of the nanoporous substrate 110 not covered by the first anode layer 121 may be exposed.

도 4를 참조하면, 제1 애노드층(121)의 적어도 일부 영역 상에 제1 전해질층(131)을 형성한다. 제1 전해질층(131)은, 제1 애노드층(121)의 일단부가 노출되도록 제1 애노드층(121)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제1 전해질층(131)은, 노출된 제1 애노드층(121)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제1 애노드층(121)을 덮어서, 나노 다공성 기판(110)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 4 , a first electrolyte layer 131 is formed on at least a partial region of the first anode layer 121 . The first electrolyte layer 131 may be formed on a partial region of the first anode layer 121 so that one end of the first anode layer 121 is exposed. In addition, the first electrolyte layer 131 covers the first anode layer 121 from the opposite side with respect to the one end of the exposed first anode layer 121 to be extended to contact the nanoporous substrate 110 . can

도 5를 참조하면, 제1 전해질층(131)의 적어도 일부 영역 상에 제1 캐소드층(141)을 형성한다. 제1 캐소드층(141)은, 제1 전해질층(131)의 일단부가 노출되도록 제1 전해질층(131)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제1 캐소드층(141)은, 노출된 제1 전해질층(131)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제1 전해질층(131)을 덮어서, 나노 다공성 기판(110)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 5 , a first cathode layer 141 is formed on at least a partial region of the first electrolyte layer 131 . The first cathode layer 141 may be formed on a partial region of the first electrolyte layer 131 so that one end of the first electrolyte layer 131 is exposed. In addition, the first cathode layer 141 is, from the opposite side with respect to the one end of the exposed first electrolyte layer 131, covering the first electrolyte layer 131, to be extended to contact the nano-porous substrate (110) can

도 6을 참조하면, 제1 캐소드층(141)의 적어도 일부 영역 상에 제2 애노드층(122)을 형성한다. 제2 애노드층(122)은, 제1 캐소드층(141)의 일단부가 노출되도록 제1 캐소드층(141)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제2 애노드층(122)은, 노출된 제1 캐소드층(141)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제1 캐소드층(141)을 덮어서, 나노 다공성 기판(110)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the second anode layer 122 is formed on at least a partial region of the first cathode layer 141 . The second anode layer 122 may be formed on a partial region of the first cathode layer 141 so that one end of the first cathode layer 141 is exposed. In addition, the second anode layer 122 covers the first cathode layer 141 on the opposite side to the one end of the exposed first cathode layer 141 to be extended to contact the nanoporous substrate 110 . can

도 7을 참조하면, 제2 애노드층(122)의 적어도 일부 영역 상에 제2 전해질층(132)을 형성한다. 제2 전해질층(132)은, 제2 애노드층(122)의 일단부가 노출되도록 제2 애노드층(122)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제2 전해질층(132)은, 노출된 제2 애노드층(122)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제2 애노드층(122)을 덮어서, 나노 다공성 기판(110)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 7 , a second electrolyte layer 132 is formed on at least a partial region of the second anode layer 122 . The second electrolyte layer 132 may be formed on a partial region of the second anode layer 122 such that one end of the second anode layer 122 is exposed. In addition, the second electrolyte layer 132, from the opposite side with respect to the one end of the exposed second anode layer 122, covering the second anode layer 122, to be extended to contact the nano-porous substrate (110) can

도 8을 참조하면, 제2 전해질층(132)의 적어도 일부 영역 상에 제2 캐소드층(142)을 형성한다. 제2 캐소드층(142)은, 제2 전해질층(132)의 일단부가 노출되도록 제2 전해질층(132)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제2 캐소드층(142)은, 노출된 제2 전해질층(132)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제2 전해질층(132)을 덮어서, 나노 다공성 기판(110)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 이에 따라 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(100)를 완성한다.Referring to FIG. 8 , a second cathode layer 142 is formed on at least a partial region of the second electrolyte layer 132 . The second cathode layer 142 may be formed on a partial region of the second electrolyte layer 132 such that one end of the second electrolyte layer 132 is exposed. In addition, the second cathode layer 142 is to be extended so as to be in contact with the nano-porous substrate 110 by covering the second electrolyte layer 132 on the opposite side to the one end of the exposed second electrolyte layer 132 . can Accordingly, the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 100 is completed.

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(100)는, 나노 다공성 기판(110); 나노 다공성 기판(110)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제1 애노드층(121); 제1 애노드층(121)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제1 전해질층(131); 제1 전해질층(131)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제1 캐소드층(141); 제1 캐소드층(141)의 적어도 일부 영역 상에 제2 애노드층(122); 제2 애노드층(122)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제2 전해질층(132); 및 제2 전해질층(132)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제2 캐소드층(142)을 포함할 수 있다.The single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 100 includes a nano-porous substrate 110 ; a first anode layer 121 positioned on at least a partial region of the nanoporous substrate 110; a first electrolyte layer 131 positioned on at least a partial region of the first anode layer 121; a first cathode layer 141 positioned on at least a partial region of the first electrolyte layer 131; a second anode layer 122 on at least a portion of the first cathode layer 141; a second electrolyte layer 132 positioned on at least a partial region of the second anode layer 122; and a second cathode layer 142 positioned on at least a partial region of the second electrolyte layer 132 .

제1 애노드층(121), 제1 전해질층(131), 및 제1 캐소드층(141)은 제1 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 제2 애노드층(122), 제2 전해질층(132), 및 제2 캐소드층(142)은 제2 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 상기 제1 연료전지 단위 구조체와 상기 제2 연료전지 단위 구조체는 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 따라서, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(100)는 2 개의 연료전지 단위 구조체가 직렬 연결될 수 있고, 이에 따라 2 배의 전압을 제공할 수 있다.The first anode layer 121 , the first electrolyte layer 131 , and the first cathode layer 141 may constitute a first fuel cell unit structure. The second anode layer 122 , the second electrolyte layer 132 , and the second cathode layer 142 may constitute a second fuel cell unit structure. The first fuel cell unit structure and the second fuel cell unit structure may be electrically connected in series. Accordingly, in the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 100 , two fuel cell unit structures may be connected in series, and accordingly, a double voltage may be provided.

제1 및 제2 애노드층(121, 122), 제1 및 제2 전해질층(131, 132), 및 제1 및 제2 캐소드층(141, 142) 중 적어도 어느 하나는 다공성 구조를 가질 수 있다. 따라서, 수소와 공기를 다공성 기판(110)을 통하여 함께 공급할 수 있고, 각각의 기체들은 제1 및 제2 애노드층(121, 122) 또는 제1 및 제2 캐소드층(141, 142)에서 선택적으로 반응함으로써 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(100)가 작동될 수 있다.At least one of the first and second anode layers 121 and 122, the first and second electrolyte layers 131 and 132, and the first and second cathode layers 141 and 142 may have a porous structure. . Therefore, hydrogen and air may be supplied together through the porous substrate 110, and each gas is selectively in the first and second anode layers 121 and 122 or the first and second cathode layers 141 and 142. By reacting, the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 100 can be operated.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(200)를 도시하는 개략도이다. 상술한 실시예와 중복되거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.9 is a schematic diagram illustrating a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 200 according to an embodiment of the present invention. A description of components overlapping or similar to those of the above-described embodiment will be omitted.

도 9를 참조하면, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(200)는, 상술한 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(100)가 2층으로 적층된 형태를 가진다. 여기에서, 2층은 예시적이며, 3층 이상의 복수의 층으로 적층되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.Referring to FIG. 9 , the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 200 has a form in which the above-described single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 100 is stacked in two layers. Here, the second layer is exemplary, and a case in which a plurality of layers of three or more layers are laminated is also included in the technical concept of the present invention.

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(200)는, 나노 다공성 기판(110); 나노 다공성 기판(110) 상에 위치한 제1 애노드층(121); 제1 애노드층(121) 상에 위치한 제1 전해질층(131); 제1 전해질층(131) 상에 위치한 제1 캐소드층(141); 제1 캐소드층(141) 상에 위치한 제2 애노드층(122); 제2 애노드층(122) 상에 위치한 제2 전해질층(132); 제2 전해질층(132) 상에 위치한 제2 캐소드층(142); 제2 캐소드층(142) 상에 위치한 제3 애노드층(123); 제3 애노드층(123) 상에 위치한 제3 전해질층(133); 제3 전해질층(133) 상에 위치한 제3 캐소드층(143); 제3 캐소드층(143) 상에 위치한 제4 애노드층(124); 제4 애노드층(124) 상에 위치한 제4 전해질층(134); 제4 전해질층(134) 상에 위치한 제4 캐소드층(144); 및 제1 애노드층(121), 제1 전해질층(131), 제1 캐소드층(141), 제2 애노드층(122), 및 제2 전해질층(132) 상에 위치한 나노 다공성 분리층(190);을 포함할 수 있다.The single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 200 includes a nano-porous substrate 110 ; a first anode layer 121 positioned on the nanoporous substrate 110; a first electrolyte layer 131 positioned on the first anode layer 121; a first cathode layer 141 positioned on the first electrolyte layer 131; a second anode layer 122 positioned on the first cathode layer 141; a second electrolyte layer 132 positioned on the second anode layer 122; a second cathode layer 142 positioned on the second electrolyte layer 132; a third anode layer 123 positioned on the second cathode layer 142; a third electrolyte layer 133 positioned on the third anode layer 123; a third cathode layer 143 positioned on the third electrolyte layer 133; a fourth anode layer 124 positioned on the third cathode layer 143; a fourth electrolyte layer 134 positioned on the fourth anode layer 124; a fourth cathode layer 144 positioned on the fourth electrolyte layer 134; and a first anode layer 121 , a first electrolyte layer 131 , a first cathode layer 141 , a second anode layer 122 , and a nano-porous separation layer 190 positioned on the second electrolyte layer 132 . ); may be included.

또한, 제3 전해질층(133), 제3 캐소드층(143), 제4 애노드층(124), 제4 전해질층(134), 및 제4 캐소드층(144)은 나노 다공성 분리층(190) 상에 위치할 수 있다. 나노 다공성 분리층(190)은 제1 애노드층(121), 제1 전해질층(131), 제1 캐소드층(141), 제2 애노드층(122), 제2 전해질층(132)을 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노 다공성 분리층(190)은 제1 애노드층(121), 제1 전해질층(131), 제1 캐소드층(141), 제2 애노드층(122), 제2 전해질층(132), 및 제2 캐소드층(142)을 덮도록 형성된 후에, 제2 캐소드층(142)이 노출되도록 나노 다공성 분리층(190)이 평탄화된 후에, 노출된 제2 캐소드층(142) 상에 제3 애노드층(123)이 형성될 수 있다. 나노 다공성 분리층(190)은 애노드와 캐소드들의 원하지 않는 단락을 방지하도록 절연체로 형성될 수 있다.In addition, the third electrolyte layer 133, the third cathode layer 143, the fourth anode layer 124, the fourth electrolyte layer 134, and the fourth cathode layer 144 is a nano-porous separation layer (190) may be located on the The nano-porous separation layer 190 covers the first anode layer 121 , the first electrolyte layer 131 , the first cathode layer 141 , the second anode layer 122 , and the second electrolyte layer 132 . can be formed. For example, the nano-porous separation layer 190 may include a first anode layer 121 , a first electrolyte layer 131 , a first cathode layer 141 , a second anode layer 122 , and a second electrolyte layer 132 . ), and after being formed to cover the second cathode layer 142, after the nano-porous separation layer 190 is planarized so that the second cathode layer 142 is exposed, the second cathode layer 142 is exposed on the second cathode layer 142. 3 An anode layer 123 may be formed. The nano-porous separation layer 190 may be formed of an insulator to prevent an undesirable short circuit between the anode and the cathode.

나노 다공성 분리층(190)은 기공을 포함하는 다공성 특성을 가짐으로서, 수소 가스 또는 산소 가스가 나노 다공성 분리층(190)를 통과하여 제1 내지 제4 애노드층(121, 122, 123, 124) 및 제1 내지 제4 캐소드층(141, 142, 143, 144)에 도달할 수 있다. 나노 다공성 분리층(190)은 10 nm 내지 1000 nm 범위의 복수의 기공들을 포함할 수 있다. 나노 다공성 분리층(190)은 다공성 산화 알루미늄(Al2O3), 다공성 주석 산화물(SnO2), 다공성 니켈 산화물, Ni-YSZ(Ni-yttria stabilized zirconia), Ni-SDC(Ni-samaria doped ceria), 및 Ni-GDC(Ni-gadolinium doped ceria) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The nano-porous separation layer 190 has a porous property including pores, and hydrogen gas or oxygen gas passes through the nano-porous separation layer 190 to the first to fourth anode layers 121, 122, 123, 124. and the first to fourth cathode layers 141 , 142 , 143 , and 144 may be reached. The nanoporous separation layer 190 may include a plurality of pores in a range of 10 nm to 1000 nm. The nano-porous separation layer 190 is formed of porous aluminum oxide (Al 2 O 3 ), porous tin oxide (SnO 2 ), porous nickel oxide, Ni-yttria stabilized zirconia (Ni-YSZ), and Ni-samaria doped ceria (Ni-SDC). ), and Ni-GDC (Ni-gadolinium doped ceria) may include at least one.

제1 애노드층(121), 제1 전해질층(131), 및 제1 캐소드층(141)은 제1 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 제2 애노드층(122), 제2 전해질층(132), 및 제2 캐소드층(142)은 제2 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 제3 애노드층(123), 제3 전해질층(133), 및 제4 캐소드층(143)은 제3 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 제4 애노드층(124), 제4 전해질층(134), 및 제4 캐소드층(144)은 제4 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다.The first anode layer 121 , the first electrolyte layer 131 , and the first cathode layer 141 may constitute a first fuel cell unit structure. The second anode layer 122 , the second electrolyte layer 132 , and the second cathode layer 142 may constitute a second fuel cell unit structure. The third anode layer 123 , the third electrolyte layer 133 , and the fourth cathode layer 143 may constitute a third fuel cell unit structure. The fourth anode layer 124 , the fourth electrolyte layer 134 , and the fourth cathode layer 144 may constitute a fourth fuel cell unit structure.

상기 제1 연료전지 단위 구조체, 상기 제2 연료전지 단위 구조체, 상기 제3 연료전지 단위 구조체, 및 상기 제4 연료전지 단위 구조체는 상기 순서에 따라 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 따라서, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(200)는 4 개의 연료전지 단위 구조체가 직렬 연결될 수 있고, 이에 따라 4 배의 전압을 제공할 수 있다.The first fuel cell unit structure, the second fuel cell unit structure, the third fuel cell unit structure, and the fourth fuel cell unit structure may be electrically connected in series according to the above order. Accordingly, in the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 200 , four fuel cell unit structures may be connected in series, and thus, a voltage of 4 times may be provided.

제1 내지 제4 애노드층(121, 122, 123, 124), 제1 내지 제4 전해질층(131, 132, 133, 134), 및 제1 내지 제4 캐소드층(141, 142, 143, 144) 중 적어도 어느 하나는 다공성 구조를 가질 수 있다. 따라서, 수소와 공기를 다공성 기판(110) 또는 나노 다공성 분리층(190)을 통하여 함께 공급할 수 있고, 각각의 기체들은 제1 내지 제4 애노드층(121, 122, 123, 124) 또는 제1 내지 제4 캐소드층(141, 142, 143, 144)에서 선택적으로 반응함으로써 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(200)가 작동될 수 있다.First to fourth anode layers (121, 122, 123, 124), first to fourth electrolyte layers (131, 132, 133, 134), and first to fourth cathode layers (141, 142, 143, 144) ) at least one may have a porous structure. Therefore, hydrogen and air can be supplied together through the porous substrate 110 or the nano-porous separation layer 190, and each gas is the first to fourth anode layers 121, 122, 123, 124 or first to By selectively reacting in the fourth cathode layers 141 , 142 , 143 , and 144 , the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 200 may be operated.

도 10 내지 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(300)에 대하여 제조공정 단계에 따라 도시하는 개략도들이다. 상술한 실시예와 중복되거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.10 to 17 are schematic views showing the steps of the manufacturing process for the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 300 according to an embodiment of the present invention. A description of components overlapping or similar to those of the above-described embodiment will be omitted.

도 10을 참조하면, 나노 다공성 기판(310)을 제공한다. 나노 다공성 기판(310)을 제1 영역(311)과 제2 영역(312)으로 분리하는 분리층(390)을 나노 다공성 기판(310) 상에 형성한다. 이후의 공정에서, 제1 영역(311)에서 층들이 형성되는 방향과 제2 영역(312)에서 층들이 형성되는 방향은 서로 반대일 수 있다. 분리층(390)의 일단부에서 나노 다공성 기판(310)이 노출될 수 있다. 분리층(390)은 이후의 공정에서 형성되는 애노드층과 캐소드층들의 원하지 않는 전기적 연결에 의한 단락을 방지하도록 절연물을 포함할 수 있고 치밀한 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 10 , a nanoporous substrate 310 is provided. A separation layer 390 separating the nanoporous substrate 310 into a first region 311 and a second region 312 is formed on the nanoporous substrate 310 . In a subsequent process, a direction in which the layers are formed in the first region 311 and a direction in which the layers are formed in the second region 312 may be opposite to each other. The nano-porous substrate 310 may be exposed at one end of the separation layer 390 . The separation layer 390 may include an insulating material and have a dense structure to prevent a short circuit due to an undesirable electrical connection between the anode and cathode layers formed in a subsequent process.

도 11을 참조하면, 나노 다공성 기판(310)의 제1 영역(311)의 적어도 일부 영역 상에 제5 애노드층(325)을 형성한다. 또한, 나노 다공성 기판(310)의 제2 영역(312)의 적어도 일부 영역 상에 제7 애노드층(327)을 형성한다. 제5 애노드층(325)과 제7 애노드층(327)은 나노 다공성 기판(310)의 대각선 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다.Referring to FIG. 11 , a fifth anode layer 325 is formed on at least a partial region of the first region 311 of the nanoporous substrate 310 . In addition, a seventh anode layer 327 is formed on at least a partial region of the second region 312 of the nanoporous substrate 310 . The fifth anode layer 325 and the seventh anode layer 327 may be positioned to face each other in a diagonal direction of the nanoporous substrate 310 .

도 12를 참조하면, 제5 애노드층(325)의 적어도 일부 영역 상에 제5 전해질층(335)을 형성한다. 제5 전해질층(335)은 제1 영역(311)에 배치될 수 있다. 제5 전해질층(335)은, 제5 애노드층(325)의 일단부가 노출되도록 제5 애노드층(325)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제5 전해질층(335)은, 노출된 제5 애노드층(325)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제5 애노드층(325)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 12 , a fifth electrolyte layer 335 is formed on at least a partial region of the fifth anode layer 325 . The fifth electrolyte layer 335 may be disposed in the first region 311 . The fifth electrolyte layer 335 may be formed on a partial region of the fifth anode layer 325 so that one end of the fifth anode layer 325 is exposed. In addition, the fifth electrolyte layer 335 covers the fifth anode layer 325 on the opposite side with respect to the one end of the exposed fifth anode layer 325 to be extended to contact the nanoporous substrate 310 . can

또한, 제7 애노드층(327)의 적어도 일부 영역 상에 제7 전해질층(337)을 형성한다. 제7 전해질층(337)은 제2 영역(312)에 배치될 수 있다. 제7 전해질층(337)은, 제7 애노드층(327)의 일단부가 노출되도록 제7 애노드층(327)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제7 전해질층(337)은, 노출된 제7 애노드층(327)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제7 애노드층(327)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 제5 전해질층(335)과 제7 전해질층(337)은 나노 다공성 기판(310)의 대각선 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다.In addition, a seventh electrolyte layer 337 is formed on at least a partial region of the seventh anode layer 327 . The seventh electrolyte layer 337 may be disposed in the second region 312 . The seventh electrolyte layer 337 may be formed on a partial region of the seventh anode layer 327 such that one end of the seventh anode layer 327 is exposed. In addition, the seventh electrolyte layer 337 covers the seventh anode layer 327 from the opposite side with respect to the one end of the exposed seventh anode layer 327 to be extended to contact the nanoporous substrate 310 . can The fifth electrolyte layer 335 and the seventh electrolyte layer 337 may be positioned to face each other in a diagonal direction of the nanoporous substrate 310 .

도 13을 참조하면, 제5 전해질층(335)의 적어도 일부 영역 상에 제5 캐소드층(345)을 형성한다. 제5 캐소드층(345)은 제1 영역(311)에 배치될 수 있다. 제5 캐소드층(345)은, 제5 전해질층(335)의 일단부가 노출되도록 제5 전해질층(335)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 제5 캐소드층(345)은, 노출된 제5 전해질층(335)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제5 전해질층(335)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 13 , a fifth cathode layer 345 is formed on at least a partial region of the fifth electrolyte layer 335 . The fifth cathode layer 345 may be disposed in the first region 311 . The fifth cathode layer 345 may be formed on a partial region of the fifth electrolyte layer 335 such that one end of the fifth electrolyte layer 335 is exposed. The fifth cathode layer 345 may be extended so as to be in contact with the nano-porous substrate 310 by covering the fifth electrolyte layer 335 on the opposite side to the one end of the exposed fifth electrolyte layer 335 . .

또한, 제7 전해질층(337)의 적어도 일부 영역 상에 제7 캐소드층(347)을 형성한다. 제7 캐소드층(347)은 제2 영역(312)에 배치될 수 있다. 제7 캐소드층(347)은, 제7 전해질층(337)의 일단부가 노출되도록 제7 전해질층(337)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제7 캐소드층(347)은, 노출된 제7 전해질층(337)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제7 전해질층(337)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 제5 캐소드층(345)과 제7 캐소드층(347)은 나노 다공성 기판(310)의 대각선 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다.In addition, a seventh cathode layer 347 is formed on at least a partial region of the seventh electrolyte layer 337 . The seventh cathode layer 347 may be disposed in the second region 312 . The seventh cathode layer 347 may be formed on a partial region of the seventh electrolyte layer 337 such that one end of the seventh electrolyte layer 337 is exposed. In addition, the seventh cathode layer 347 covers the seventh electrolyte layer 337 from the opposite side with respect to the one end of the exposed seventh electrolyte layer 337 to be extended to contact the nanoporous substrate 310 . can The fifth cathode layer 345 and the seventh cathode layer 347 may be positioned to face each other in a diagonal direction of the nanoporous substrate 310 .

도 14를 참조하면, 제5 캐소드층(345)의 적어도 일부 영역 상에 제6 애노드층(326)을 형성한다. 제6 애노드층(326)은 제1 영역(311)에 배치될 수 있다. 제6 애노드층(326)은, 제5 캐소드층(345)의 일단부가 노출되도록 제5 캐소드층(345)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 제6 애노드층(326)은, 노출된 제5 캐소드층(345)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제5 캐소드층(345)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다. Referring to FIG. 14 , a sixth anode layer 326 is formed on at least a partial region of the fifth cathode layer 345 . The sixth anode layer 326 may be disposed in the first region 311 . The sixth anode layer 326 may be formed on a partial region of the fifth cathode layer 345 such that one end of the fifth cathode layer 345 is exposed. The sixth anode layer 326 may be extended so as to be in contact with the nanoporous substrate 310 by covering the fifth cathode layer 345 on the opposite side to the one end of the exposed fifth cathode layer 345 . .

또한, 제7 캐소드층(347)의 적어도 일부 영역 상에 제8 애노드층(328)을 형성한다. 제8 애노드층(328)은 제2 영역(312)에 배치될 수 있다. 제8 애노드층(328)은, 제7 캐소드층(347)의 일단부가 노출되도록 제7 캐소드층(347)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제8 애노드층(328)은, 노출된 제7 캐소드층(347)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제7 캐소드층(347)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 제6 애노드층(326)과 제8 애노드층(328)은 나노 다공성 기판(310)의 대각선 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다.In addition, an eighth anode layer 328 is formed on at least a partial region of the seventh cathode layer 347 . The eighth anode layer 328 may be disposed in the second region 312 . The eighth anode layer 328 may be formed on a partial region of the seventh cathode layer 347 such that one end of the seventh cathode layer 347 is exposed. In addition, the eighth anode layer 328 covers the seventh cathode layer 347 from the opposite side with respect to the one end of the exposed seventh cathode layer 347 to be extended to contact the nanoporous substrate 310 . can The sixth anode layer 326 and the eighth anode layer 328 may be positioned to face each other in a diagonal direction of the nanoporous substrate 310 .

도 15를 참조하면, 제6 애노드층(326)의 적어도 일부 영역 상에 제6 전해질층(336)을 형성한다. 제6 전해질층(336)은 제1 영역(311)에 배치될 수 있다. 제6 전해질층(336)은, 제6 애노드층(326)의 일단부가 노출되도록 제6 애노드층(326)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제6 전해질층(336)은, 노출된 제6 애노드층(326)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제6 애노드층(326)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 15 , a sixth electrolyte layer 336 is formed on at least a partial region of the sixth anode layer 326 . The sixth electrolyte layer 336 may be disposed in the first region 311 . The sixth electrolyte layer 336 may be formed on a partial region of the sixth anode layer 326 such that one end of the sixth anode layer 326 is exposed. In addition, the sixth electrolyte layer 336 covers the sixth anode layer 326 from the opposite side with respect to the one end of the exposed sixth anode layer 326 to be extended to contact the nanoporous substrate 310 . can

또한, 제8 애노드층(328)의 적어도 일부 영역 상에 제8 전해질층(338)을 형성한다. 제8 전해질층(338)은 제2 영역(312)에 배치될 수 있다. 제8 전해질층(338)은, 제8 애노드층(328)의 일단부가 노출되도록 제8 애노드층(328)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제8 전해질층(338)은, 노출된 제8 애노드층(328)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제8 애노드층(328)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 제6 전해질층(336)과 제8 전해질층(338)은 나노 다공성 기판(310)의 대각선 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다.In addition, an eighth electrolyte layer 338 is formed on at least a partial region of the eighth anode layer 328 . The eighth electrolyte layer 338 may be disposed in the second region 312 . The eighth electrolyte layer 338 may be formed on a partial region of the eighth anode layer 328 so that one end of the eighth anode layer 328 is exposed. In addition, the eighth electrolyte layer 338, from the opposite side with respect to the one end of the exposed eighth anode layer 328, covering the eighth anode layer 328, to be extended to contact the nano-porous substrate (310) can The sixth electrolyte layer 336 and the eighth electrolyte layer 338 may be positioned to face each other in a diagonal direction of the nano-porous substrate 310 .

도 16을 참조하면, 제6 전해질층(336)의 적어도 일부 영역 상에 제6 캐소드층(346)을 형성한다. 제6 캐소드층(346)은 제1 영역(311)에 배치될 수 있다. 제6 캐소드층(346)은, 제6 전해질층(336)의 일단부가 노출되도록 제6 전해질층(336)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 제6 캐소드층(346)은, 노출된 제6 전해질층(336)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제6 전해질층(336)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 16 , a sixth cathode layer 346 is formed on at least a partial region of the sixth electrolyte layer 336 . The sixth cathode layer 346 may be disposed in the first region 311 . The sixth cathode layer 346 may be formed on a partial region of the sixth electrolyte layer 336 such that one end of the sixth electrolyte layer 336 is exposed. The sixth cathode layer 346 may be extended so as to be in contact with the nano-porous substrate 310 by covering the sixth electrolyte layer 336 on the opposite side to the one end of the exposed sixth electrolyte layer 336 . .

또한, 제8 전해질층(338)의 적어도 일부 영역 상에 제8 캐소드층(348)을 형성한다. 제8 캐소드층(348)은 제2 영역(312)에 배치될 수 있다. 제8 캐소드층(348)은, 제8 전해질층(338)의 일단부가 노출되도록 제8 전해질층(338)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 제8 캐소드층(348)은, 노출된 제8 전해질층(338)의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서, 제8 전해질층(338)을 덮어서, 나노 다공성 기판(310)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 제6 캐소드층(346)과 제8 캐소드층(348)은 나노 다공성 기판(310)의 대각선 방향으로 서로 대향하여 위치할 수 있다.In addition, an eighth cathode layer 348 is formed on at least a partial region of the eighth electrolyte layer 338 . The eighth cathode layer 348 may be disposed in the second region 312 . The eighth cathode layer 348 may be formed on a partial region of the eighth electrolyte layer 338 such that one end of the eighth electrolyte layer 338 is exposed. In addition, the eighth cathode layer 348 covers the eighth electrolyte layer 338 on the opposite side with respect to the one end of the exposed eighth electrolyte layer 338 , to be extended to contact the nanoporous substrate 310 . can The sixth cathode layer 346 and the eighth cathode layer 348 may be positioned to face each other in a diagonal direction of the nanoporous substrate 310 .

도 17을 참조하면, 제7 애노드층(327)과 제6 캐소드층(346)을 전기적으로 연결하는 연결부(380)를 형성한다. 연결부(380)는 분리층(390)으보부터 노출된 나노 다공성 기판(310)을 덮을 수 있다. 연결부(380)는 도전체를 포함할 수 있다. 이에 따라 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(300)를 완성한다.Referring to FIG. 17 , a connection part 380 electrically connecting the seventh anode layer 327 and the sixth cathode layer 346 is formed. The connection part 380 may cover the nano-porous substrate 310 exposed from the separation layer 390 . The connection part 380 may include a conductor. Accordingly, the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 300 is completed.

단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(300)는, 나노 다공성 기판(310); 나노 다공성 기판(310) 상에 위치하고, 나노 다공성 기판(310)을 제1 영역(311)과 제2 영역(312)으로 분리하는 분리층(390); 나노 다공성 기판(300)의 제1 영역(311)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제5 애노드층(325); 제5 애노드층(325)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제5 전해질층(335); 제5 전해질층(335)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제5 캐소드층(345); 제5 캐소드층(345)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제6 애노드층(326); 제6 애노드층(326)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제6 전해질층(336); 제6 전해질층(336)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제6 캐소드층(346); 나노 다공성 기판(310)의 제2 영역(312)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제7 애노드층(327); 제7 애노드층(327)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제7 전해질층(337); 제7 전해질층(337)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제7 캐소드층(347); 제7 캐소드층(347)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제8 애노드층(328); 제8 애노드층(328)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제8 전해질층(338); 제8 전해질층(338)의 적어도 일부 영역 상에 위치한 제8 캐소드층(348);을 포함할 수 있다.The single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 300 includes a nano-porous substrate 310; a separation layer 390 positioned on the nanoporous substrate 310 and separating the nanoporous substrate 310 into a first region 311 and a second region 312 ; a fifth anode layer 325 positioned on at least a partial region of the first region 311 of the nanoporous substrate 300; a fifth electrolyte layer 335 positioned on at least a partial region of the fifth anode layer 325; a fifth cathode layer 345 positioned on at least a partial region of the fifth electrolyte layer 335; a sixth anode layer 326 located on at least a partial region of the fifth cathode layer 345 ; a sixth electrolyte layer 336 located on at least a portion of the sixth anode layer 326; a sixth cathode layer 346 positioned on at least a partial region of the sixth electrolyte layer 336; a seventh anode layer 327 positioned on at least a partial region of the second region 312 of the nanoporous substrate 310; a seventh electrolyte layer 337 positioned on at least a partial region of the seventh anode layer 327; a seventh cathode layer 347 positioned on at least a partial region of the seventh electrolyte layer 337; an eighth anode layer 328 located on at least a partial region of the seventh cathode layer 347; an eighth electrolyte layer 338 positioned on at least a partial region of the eighth anode layer 328; An eighth cathode layer 348 positioned on at least a partial region of the eighth electrolyte layer 338; may include.

제5 애노드층(325), 제5 전해질층(335), 및 제5 캐소드층(345)은 제5 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 제6 애노드층(326), 제6 전해질층(336), 및 제6 캐소드층(346)은 제6 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 제7 애노드층(327), 제7 전해질층(337), 및 제7 캐소드층(347)은 제7 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다. 제8 애노드층(328), 제8 전해질층(338), 및 제8 캐소드층(348)은 제8 연료전지 단위 구조체를 구성할 수 있다.The fifth anode layer 325 , the fifth electrolyte layer 335 , and the fifth cathode layer 345 may constitute a fifth fuel cell unit structure. The sixth anode layer 326 , the sixth electrolyte layer 336 , and the sixth cathode layer 346 may constitute a sixth fuel cell unit structure. The seventh anode layer 327 , the seventh electrolyte layer 337 , and the seventh cathode layer 347 may constitute a seventh fuel cell unit structure. The eighth anode layer 328 , the eighth electrolyte layer 338 , and the eighth cathode layer 348 may constitute an eighth fuel cell unit structure.

상기 제5 연료전지 단위 구조체, 상기 제6 연료전지 단위 구조체, 상기 제7 연료전지 단위 구조체, 및 상기 제8 연료전지 단위 구조체는 상기 순서에 따라 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 따라서, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(300)는 4 개의 연료전지 단위 구조체가 직렬 연결될 수 있고, 이에 따라 4 배의 전압을 제공할 수 있다.The fifth fuel cell unit structure, the sixth fuel cell unit structure, the seventh fuel cell unit structure, and the eighth fuel cell unit structure may be electrically connected in series according to the above order. Accordingly, in the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell 300 , four fuel cell unit structures may be connected in series, and thus, a voltage of four times may be provided.

제5 내지 제8 애노드층(325, 326, 327, 328), 제5 내지 제8 전해질층(335, 336, 337, 338), 및 제5 내지 제8 캐소드층(345, 346, 347, 348) 중 적어도 어느 하나는 다공성 구조를 가질 수 있다. 따라서, 수소와 공기를 다공성 기판(310)을 통하여 함께 공급할 수 있고, 각각의 기체들은 제5 내지 제8 애노드층(325, 326, 327, 328) 또는 제5 내지 제8 캐소드층(345, 346, 347, 348)에서 선택적으로 반응함으로써 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(300)가 작동될 수 있다.Fifth to eighth anode layers 325, 326, 327, 328, fifth to eighth electrolyte layers 335, 336, 337, 338, and fifth to eighth cathode layers 345, 346, 347, 348 ) at least one may have a porous structure. Accordingly, hydrogen and air may be supplied together through the porous substrate 310 , and respective gases are the fifth to eighth anode layers 325 , 326 , 327 , 328 or fifth to eighth cathode layers 345 , 346 . , 347, 348) by selectively reacting the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 300 can be operated.

상술한 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(300)에서는, 나노 다공성 기판(310)을 2 개의 영역들로 분리하여 형성하였으나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 3 개 이상의 복수의 영역들로 분리하여 형성되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 300 described above, the nano-porous substrate 310 is formed by separating two regions, but this is exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto. A case in which the plurality of regions are formed separately as described above is also included in the technical concept of the present invention.

또한, 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(300)를 도 9의 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지(200)와 조합하여 2층 이상의 복수의 층으로 적층되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In addition, the case where the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 300 is combined with the single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell 200 of FIG. .

본 발명의 기술적 사상에 따른 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지에서는, 애노드를 상대적으로 저렴한 전자 전도성 물질을 포함하는 구성이 가능하므로, 귀금속의 사용을 감소 또는 최적화할 수 있으므로 제조 비용을 낮출 수 있다. 또한, 구성요소들을 박막으로 형성함으로써, 400 ℃ 내지 600℃의 저온에서 동작가능한 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지를 제공할 수 있다.In the single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell according to the technical idea of the present invention, since the anode can be configured to include a relatively inexpensive electronic conductive material, the use of noble metals can be reduced or optimized, thereby lowering the manufacturing cost. In addition, by forming the components into thin films, it is possible to provide a single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell operable at a low temperature of 400°C to 600°C.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.

10: 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지,
20: 애노드, 30: 전해질, 40: 캐소드,
100, 200, 300: 단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지,
110: 나노 다공성 기판,
121: 제1 애노드층, 131: 제1 전해질층, 141: 제1 캐소드층,
122: 제2 애노드층, 132: 제2 전해질층, 142: 제2 캐소드층,
123: 제3 애노드층, 133: 제3 전해질층, 143: 제3 캐소드층,
124: 제4 애노드층, 134: 제4 전해질층, 144: 제4 캐소드층,
190: 나노 다공성 분리층,
310: 나노 다공성 기판,
311: 제1 영역, 312: 제2 영역,
325: 제5 애노드층, 335: 제5 전해질층, 345: 제5 캐소드층,
326: 제6 애노드층, 336: 제6 전해질층, 346: 제6 캐소드층,
327: 제7 애노드층, 337: 제7 전해질층, 347: 제7 캐소드층,
328: 제8 애노드층, 338: 제8 전해질층, 348: 제8 캐소드층,
380: 연결부, 390: 분리층10: single-cell type multilayer thin film solid oxide fuel cell,
20: anode, 30: electrolyte, 40: cathode,
100, 200, 300: single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell,
110: nano-porous substrate;
121: a first anode layer, 131: a first electrolyte layer, 141: a first cathode layer,
122: second anode layer, 132: second electrolyte layer, 142: second cathode layer;
123: a third anode layer, 133: a third electrolyte layer, 143: a third cathode layer;
124: a fourth anode layer, 134: a fourth electrolyte layer, 144: a fourth cathode layer;
190: nano-porous separation layer,
310: nano-porous substrate;
311: a first area, 312: a second area;
325: a fifth anode layer, 335: a fifth electrolyte layer, 345: a fifth cathode layer;
326: a sixth anode layer, 336: a sixth electrolyte layer, 346: a sixth cathode layer;
327: a seventh anode layer, 337: a seventh electrolyte layer, 347: a seventh cathode layer;
328: an eighth anode layer, 338: an eighth electrolyte layer, 348: an eighth cathode layer;
380: connection part, 390: separation layer

Claims (20)

나노 다공성 기판;
상기 나노 다공성 기판 상에 위치한 제1 애노드층;
상기 제1 애노드층 상에 위치한 제1 전해질층;
상기 제1 전해질층 상에 위치한 제1 캐소드층;
상기 제1 캐소드층 상에 위치한 제2 애노드층;
상기 제2 애노드층 상에 위치한 제2 전해질층; 및
상기 제2 전해질층 상에 위치한 제2 캐소드층; 을 포함하는,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.nanoporous substrate;
a first anode layer positioned on the nanoporous substrate;
a first electrolyte layer positioned on the first anode layer;
a first cathode layer positioned on the first electrolyte layer;
a second anode layer positioned on the first cathode layer;
a second electrolyte layer positioned on the second anode layer; and
a second cathode layer positioned on the second electrolyte layer; containing,
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 애노드층, 상기 제1 전해질층, 및 상기 제1 캐소드층은 제1 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제2 애노드층, 상기 제2 전해질층, 및 상기 제2 캐소드층은 제2 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제1 연료전지 단위 구조체와 상기 제2 연료전지 단위 구조체는 전기적으로 직렬 연결된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.The method of claim 1,
The first anode layer, the first electrolyte layer, and the first cathode layer constitute a first fuel cell unit structure,
The second anode layer, the second electrolyte layer, and the second cathode layer constitute a second fuel cell unit structure,
The first fuel cell unit structure and the second fuel cell unit structure are electrically connected in series,
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 애노드층은 상기 나노 다공성 기판의 일부 영역 상에 위치하는,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.The method of claim 1,
The first anode layer is located on a partial region of the nano-porous substrate,
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전해질층은, 상기 제1 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제1 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제1 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.The method of claim 1,
The first electrolyte layer is positioned on a partial region of the first anode layer so that one end of the first anode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed first anode layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 캐소드층은, 상기 제1 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제1 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제1 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.The method of claim 1,
The first cathode layer is positioned on a partial region of the first electrolyte layer so that one end of the first electrolyte layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed first electrolyte layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 애노드층은, 상기 제1 캐소드층의 일단부가 노출되도록 상기 제1 캐소드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제1 캐소드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.The method of claim 1,
The second anode layer is positioned on a partial region of the first cathode layer so that one end of the first cathode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed first cathode layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 전해질층은, 상기 제2 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제2 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제2 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.The method of claim 1,
The second electrolyte layer is positioned on a partial region of the second anode layer so that one end of the second anode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed second anode layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 캐소드층은, 상기 제2 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제2 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제2 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.The method of claim 1,
The second cathode layer is positioned on a partial region of the second electrolyte layer so that one end of the second electrolyte layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed second electrolyte layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 나노 다공성 기판;
상기 나노 다공성 기판 상에 위치한 제1 애노드층;
상기 제1 애노드층 상에 위치한 제1 전해질층;
상기 제1 전해질층 상에 위치한 제1 캐소드층;
상기 제1 캐소드층 상에 위치한 제2 애노드층;
상기 제2 애노드층 상에 위치한 제2 전해질층;
상기 제2 전해질층 상에 위치한 제2 캐소드층;
상기 제2 캐소드층 상에 위치한 제3 애노드층;
상기 제3 애노드층 상에 위치한 제3 전해질층;
상기 제3 전해질층 상에 위치한 제3 캐소드층;
상기 제3 캐소드층 상에 위치한 제4 애노드층;
상기 제4 애노드층 상에 위치한 제4 전해질층;
상기 제4 전해질층 상에 위치한 제4 캐소드층; 및
상기 제1 애노드층, 상기 제1 전해질층, 상기 제1 캐소드층, 상기 제2 애노드층, 및 상기 제2 전해질층 상에 위치한 나노 다공성 분리층;을 포함하고,
상기 제3 전해질층, 상기 제3 캐소드층, 상기 제4 애노드층, 상기 제4 전해질층, 및 상기 제4 캐소드층은 상기 나노 다공성 분리층 상에 위치하는,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.nanoporous substrate;
a first anode layer positioned on the nanoporous substrate;
a first electrolyte layer positioned on the first anode layer;
a first cathode layer positioned on the first electrolyte layer;
a second anode layer positioned on the first cathode layer;
a second electrolyte layer positioned on the second anode layer;
a second cathode layer positioned on the second electrolyte layer;
a third anode layer positioned on the second cathode layer;
a third electrolyte layer positioned on the third anode layer;
a third cathode layer positioned on the third electrolyte layer;
a fourth anode layer positioned on the third cathode layer;
a fourth electrolyte layer positioned on the fourth anode layer;
a fourth cathode layer positioned on the fourth electrolyte layer; and
The first anode layer, the first electrolyte layer, the first cathode layer, the second anode layer, and a nano-porous separation layer located on the second electrolyte layer; contains,
The third electrolyte layer, the third cathode layer, the fourth anode layer, the fourth electrolyte layer, and the fourth cathode layer are located on the nano-porous separation layer,
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 9 항에 있어서,
상기 제1 애노드층, 상기 제1 전해질층, 및 상기 제1 캐소드층은 제1 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제2 애노드층, 상기 제2 전해질층, 및 상기 제2 캐소드층은 제2 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제3 애노드층, 상기 제3 전해질층, 및 상기 제4 캐소드층은 제3 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제4 애노드층, 상기 제4 전해질층, 및 상기 제4 캐소드층은 제4 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제1 연료전지 단위 구조체, 상기 제2 연료전지 단위 구조체, 상기 제3 연료전지 단위 구조체, 및 상기 제4 연료전지 단위 구조체는 상기 순서에 따라 전기적으로 직렬 연결된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.10. The method of claim 9,
The first anode layer, the first electrolyte layer, and the first cathode layer constitute a first fuel cell unit structure,
The second anode layer, the second electrolyte layer, and the second cathode layer constitute a second fuel cell unit structure,
The third anode layer, the third electrolyte layer, and the fourth cathode layer constitute a third fuel cell unit structure,
The fourth anode layer, the fourth electrolyte layer, and the fourth cathode layer constitute a fourth fuel cell unit structure,
The first fuel cell unit structure, the second fuel cell unit structure, the third fuel cell unit structure, and the fourth fuel cell unit structure are electrically connected in series according to the above sequence,
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 나노 다공성 기판;
상기 나노 다공성 기판 상에 위치하고, 상기 나노 다공성 기판을 제1 영역과 제2 영역으로 분리하는 분리층;
상기 나노 다공성 기판의 상기 제1 영역 상에 위치한 제5 애노드층;
상기 제5 애노드층 상에 위치한 제5 전해질층;
상기 제5 전해질층 상에 위치한 제5 캐소드층;
상기 제5 캐소드층 상에 위치한 제6 애노드층;
상기 제6 애노드층 상에 위치한 제6 전해질층;
상기 제6 전해질층 상에 위치한 제6 캐소드층;
상기 나노 다공성 기판의 상기 제2 영역 상에 위치한 제7 애노드층;
상기 제7 애노드층 상에 위치한 제7 전해질층;
상기 제7 전해질층 상에 위치한 제7 캐소드층;
상기 제7 캐소드층 상에 위치한 제8 애노드층;
상기 제8 애노드층 상에 위치한 제8 전해질층; 및
상기 제8 전해질층 상에 위치한 제8 캐소드층;을 포함하는,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.nanoporous substrate;
a separation layer positioned on the nano-porous substrate and separating the nano-porous substrate into a first region and a second region;
a fifth anode layer positioned on the first region of the nanoporous substrate;
a fifth electrolyte layer positioned on the fifth anode layer;
a fifth cathode layer positioned on the fifth electrolyte layer;
a sixth anode layer positioned on the fifth cathode layer;
a sixth electrolyte layer positioned on the sixth anode layer;
a sixth cathode layer positioned on the sixth electrolyte layer;
a seventh anode layer positioned on the second region of the nanoporous substrate;
a seventh electrolyte layer positioned on the seventh anode layer;
a seventh cathode layer positioned on the seventh electrolyte layer;
an eighth anode layer positioned on the seventh cathode layer;
an eighth electrolyte layer positioned on the eighth anode layer; and
Including; an eighth cathode layer located on the eighth electrolyte layer;
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제7 애노드층과 상기 제6 캐소드층을 전기적으로 연결하는 연결부;를 더 포함하는,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
Further comprising; a connection part electrically connecting the seventh anode layer and the sixth cathode layer;
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제5 애노드층, 상기 제5 전해질층, 및 상기 제5 캐소드층은 제5 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제6 애노드층, 상기 제6 전해질층, 및 상기 제6 캐소드층은 제6 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제7 애노드층, 상기 제7 전해질층, 및 상기 제7 캐소드층은 제7 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제8 애노드층, 상기 제8 전해질층, 및 상기 제8 캐소드층은 제8 연료전지 단위 구조체를 구성하고,
상기 제5 연료전지 단위 구조체, 상기 제6 연료전지 단위 구조체, 상기 제7 연료전지 단위 구조체, 및 상기 제8 연료전지 단위 구조체는 상기 순서에 따라 전기적으로 직렬 연결된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
The fifth anode layer, the fifth electrolyte layer, and the fifth cathode layer constitute a fifth fuel cell unit structure,
The sixth anode layer, the sixth electrolyte layer, and the sixth cathode layer constitute a sixth fuel cell unit structure,
The seventh anode layer, the seventh electrolyte layer, and the seventh cathode layer constitute a seventh fuel cell unit structure,
The eighth anode layer, the eighth electrolyte layer, and the eighth cathode layer constitute an eighth fuel cell unit structure,
the fifth fuel cell unit structure, the sixth fuel cell unit structure, the seventh fuel cell unit structure, and the eighth fuel cell unit structure are electrically connected in series according to the above sequence;
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제5 애노드층은 상기 나노 다공성 기판의 일부 영역 상에 위치하고,
상기 제7 애노드층은 상기 나노 다공성 기판의 일부 영역 상에 위치하는,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
The fifth anode layer is located on a partial region of the nano-porous substrate,
The seventh anode layer is located on a partial region of the nano-porous substrate,
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제5 전해질층은, 상기 제5 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제5 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제5 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장되고,
상기 제7 전해질층은, 상기 제7 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제7 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제7 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
The fifth electrolyte layer is positioned on a partial region of the fifth anode layer so that one end of the fifth anode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed fifth anode layer extended to do
The seventh electrolyte layer is positioned on a partial region of the seventh anode layer so that one end of the seventh anode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed seventh anode layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제5 캐소드층은, 상기 제5 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제5 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제5 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장되고,
상기 제7 캐소드층은, 상기 제7 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제7 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제7 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
The fifth cathode layer is positioned on a partial region of the fifth electrolyte layer so that one end of the fifth electrolyte layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed fifth electrolyte layer extended to do
The seventh cathode layer is positioned on a partial region of the seventh electrolyte layer so that one end of the seventh electrolyte layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the seventh electrolyte layer exposed extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제6 애노드층은, 상기 제5 캐소드층의 일단부가 노출되도록 상기 제5 캐소드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제5 캐소드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장되고,
상기 제8 애노드층은, 상기 제7 캐소드층의 일단부가 노출되도록 상기 제7 캐소드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제7 캐소드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
The sixth anode layer is positioned on a partial region of the fifth cathode layer so that one end of the fifth cathode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed fifth cathode layer extended to do
The eighth anode layer is positioned on a partial region of the seventh cathode layer so that one end of the seventh cathode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed seventh cathode layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제6 전해질층은, 상기 제6 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제6 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제6 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장되고,
상기 제8 전해질층은, 상기 제8 애노드층의 일단부가 노출되도록 상기 제8 애노드층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제8 애노드층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
The sixth electrolyte layer is positioned on a partial region of the sixth anode layer so that one end of the sixth anode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed sixth anode layer extended to do
The eighth electrolyte layer is positioned on a partial region of the eighth anode layer so that one end of the eighth anode layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed eighth anode layer extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 제 11 항에 있어서,
상기 제6 캐소드층은, 상기 제6 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제6 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제6 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장되고,
상기 제8 캐소드층은, 상기 제8 전해질층의 일단부가 노출되도록 상기 제8 전해질층의 일부 영역 상에 위치하고, 노출된 상기 제8 전해질층의 상기 일단부에 대하여 반대쪽에서 상기 나노 다공성 기판과 접촉하도록 연장된,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지.12. The method of claim 11,
The sixth cathode layer is positioned on a partial region of the sixth electrolyte layer so that one end of the sixth electrolyte layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the exposed sixth electrolyte layer extended to do
The eighth cathode layer is positioned on a partial region of the eighth electrolyte layer so that one end of the eighth electrolyte layer is exposed, and is in contact with the nanoporous substrate from the opposite side with respect to the one end of the eighth electrolyte layer exposed extended to
A single-cell laminated thin film solid oxide fuel cell. 나노 다공성 기판의 적어도 일부 영역 상에 제1 애노드층을 형성하는 단계;
상기 제1 애노드층의 적어도 일부 영역 상에 제1 전해질층을 형성하는 단계;
상기 제1 전해질층의 적어도 일부 영역 상에 제1 캐소드층을 형성하는 단계;
상기 제1 캐소드층의 적어도 일부 영역 상에 제2 애노드층을 형성하는 단계;
상기 제2 애노드층의 적어도 일부 영역 상에 제2 전해질층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 전해질층의 적어도 일부 영역 상에 제2 캐소드층을 형성하는 단계;를 포함하는,
단실형 적층박막 고체 산화물 연료전지의 제조방법.forming a first anode layer on at least a portion of the nanoporous substrate;
forming a first electrolyte layer on at least a partial region of the first anode layer;
forming a first cathode layer on at least a partial region of the first electrolyte layer;
forming a second anode layer on at least a partial region of the first cathode layer;
forming a second electrolyte layer on at least a partial region of the second anode layer; and
Including; forming a second cathode layer on at least a partial region of the second electrolyte layer;
A method for manufacturing a single-cell stacked thin film solid oxide fuel cell.
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