KR20230140285A - 다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230140285A
KR20230140285A KR1020220039238A KR20220039238A KR20230140285A KR 20230140285 A KR20230140285 A KR 20230140285A KR 1020220039238 A KR1020220039238 A KR 1020220039238A KR 20220039238 A KR20220039238 A KR 20220039238A KR 20230140285 A KR20230140285 A KR 20230140285A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dielectric film
silicon substrate
electrolyte membrane
electrode
porous
Prior art date
Application number
KR1020220039238A
Other languages
English (en)
Inventor
김영현
이준영
Original Assignee
주식회사 에이엠엑스랩
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에이엠엑스랩 filed Critical 주식회사 에이엠엑스랩
Priority to KR1020220039238A priority Critical patent/KR20230140285A/ko
Priority to JP2022066258A priority patent/JP2023147130A/ja
Priority to PCT/KR2023/004120 priority patent/WO2023191456A1/ko
Publication of KR20230140285A publication Critical patent/KR20230140285A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

고체 산화물 연료 전지는, 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판의 제1 면에 형성된 전해질 막, 상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 제1 전극, 상기 실리콘 기판의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면으로부터 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면의 상기 제1 전극에 대향하는 일부가 노출되도록 형성된 리세스부, 및 적어도 상기 전해질 막의 노출된 상기 제2 면에 형성된 제2 전극을 구비하고, 상기 실리콘 기판은 적어도 상기 리세스부의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부를 포함한다.

Description

다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법 {Thinfilm Solid Oxide Fuel Cell with Stress-Relaxing Structure Using Porous Silicon and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 고효율의 에너지 변환 장치의 일종으로, 전해질로 고체 산화물 막을 사용하는 연료 전지이다.
SOFC의 전해질 막에 사용되는 전해질로는 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)가 주로 사용되며, Micro-electro-mechanical System(MEMS) 공정을 통해 제작하는 박막형(Thinfilm) SOFC는 실리콘 기판에 Free Standing 방식으로 전해질 막과 전극을 형성하는 후면 에칭 멤브레인 구조로 이루어진다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
즉, 실리콘 기판 상에 전해질 박막을 형성한 후, 후면 에칭을 통해 전해질 박막의 하부를 노출시킨 다음, 전해질 박막의 상하에 전극을 형성함으로써 전해질의 양면에 반응 기체가 도달할 수 있도록 한다.
이와 같이 MEMS 기반의 박막형 SOFC는 멤브레인과 전극을 박막으로 형성함으로써 전해질 내의 이온 전도로 인한 오믹 손실을 최소화하여 저온에서의 동작 성능을 향상시키는 장점이 있으나, 동작 시에 가장자리 부근에 응력이 집중되어 이 부근에 위치하는 셀들이 손상되는 단점이 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 등록특허공보 제4,914,831호 미국 등록특허공보 제10,637,088호
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 하나의 기술적 과제는, 멤브레인 가장자리의 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 하나의 기술적 과제는, 멤브레인 가장자리의 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판의 제1 면에 형성된 전해질 막, 상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 제1 전극, 상기 실리콘 기판의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면으로부터 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면의 상기 제1 전극에 대향하는 일부가 노출되도록 형성된 리세스부, 및 적어도 상기 전해질 막의 노출된 상기 제2 면에 형성된 제2 전극을 구비하고, 상기 실리콘 기판은 적어도 상기 리세스부의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부를 포함하는, 고체 산화물 연료 전지를 제공한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 실리콘 기판의 제1 면 및 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 각각 유전체 막을 증착하는 단계, 상기 제2 면에 증착된 유전체 막을 소정의 패턴에 따라 제거하는 단계, 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막의 제1 면에 전해질 막을 형성하는 단계, 상기 제2 면의 상기 유전체 막이 제거된 부분을 에칭하여 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막이 노출되도록 리세스부를 형성하는 단계, 상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막 및 상기 제2 면에 남아있는 상기 유전체 막을 제거하는 단계, 상기 실리콘 기판의 적어도 상기 리세스부의 가장자리 부근을 다공성으로 형성하는 단계, 상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 제1 전극을 형성하는 단계, 및 상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막을 제거함으로써 노출된 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 제2 전극을 형성하는 단계를 구비하는, 고체 산화물 연료 전지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 다공성 실리콘 기판, 상기 다공성 실리콘 기판의 제1 면에 형성된 전해질 막, 상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 제1 전극, 상기 다공성 실리콘 기판의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면으로부터 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면의 상기 제1 전극에 대향하는 일부가 노출되도록 형성된 리세스부, 및 적어도 상기 전해질 막의 노출된 상기 제2 면에 형성된 제2 전극을 구비하는, 고체 산화물 연료 전지를 제공한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 단결정 실리콘 기판의 제1 면 및 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 각각 유전체 막을 증착하는 단계, 상기 제2 면에 증착된 유전체 막을 소정의 패턴에 따라 제거하는 단계, 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막의 제1 면에 전해질 막을 형성하는 단계, 상기 제2 면의 상기 유전체 막이 제거된 부분을 에칭하여 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막이 노출되도록 리세스부를 형성하는 단계, 상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막 및 상기 제2 면에 남아있는 상기 유전체 막을 제거하는 단계, 상기 실리콘 기판을 다공성으로 형성하는 단계, 상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 제1 전극을 형성하는 단계, 및 상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막을 제거함으로써 노출된 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 제2 전극을 형성하는 단계를 구비하는, 고체 산화물 연료 전지의 제조 방법을 제공한다.
본 명세서에서 각각의 실시예는 독립적으로 기재되어 있으나 각각의 실시예는 상호 조합이 가능하며 조합된 실시예도 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
상술한 요약은 단지 설명을 위한 것이며 어떠한 방식으로도 제한을 의도하는 것은 아니다. 상술한 설명적 양태, 실시예 및 특징에 덧붙여 추가의 양태, 실시예 및 특징이 도면 및 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, 다공성 실리콘을 이용한 멤브레인 가장자리의 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, 다공성 실리콘을 이용한 멤브레인 가장자리의 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지의 제조 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 박막형 고체 산화물 연료 전지의 측단면도이다.
도 2A 내지 도 2G는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 박막형 고체 산화물 연료 전지의 제조 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)의 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)는, 실리콘 기판(110), 실리콘 기판(110)의 제1 면(도 1에 도시된 예에서는 상면)에 형성된 전해질 막(120), 전해질 막(120)의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 제1 전극(130), 실리콘 기판(110)의 제1 면의 반대 면인 제2 면(도 1에 도시된 예에서는 하면)으로부터 전해질 막(120)의 제1 면의 반대 면인 제2 면의 제1 전극(130)에 대향하는 일부가 노출되도록 형성된 리세스부(140), 및 적어도 리세스부(140)를 통해 노출된 전해질 막(120)의 제2 면에 형성된 제2 전극(150)으로 구성된다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)는 MEMS 기반의 박막형 SOFC로, 멤브레인과 전극을 박막으로 형성함으로써 전해질 내의 이온 전도로 인한 오믹 손실을 최소화하여 저온에서의 동작 성능을 향상시키는 구조를 갖는다.
동작 시에 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 응력이 집중되어 이 부근에 위치하는 셀들이 손상되는 단점을 극복하기 위해, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)는 실리콘 기판(110)의 적어도 리세스부(140)의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부(160)를 포함한다.
이와 같이 실리콘 기판(110)의 적어도 리세스부(140)의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부(160)를 형성함으로써, 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다.
도 1에서는 실리콘 기판(110)의 리세스부(140)의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부(160)를 형성하여 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 집중되는 응력을 분산시키는 예를 보이고 있으나, 실리콘 기판(110) 전체를 다공성으로 해서 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 집중되는 응력을 분산시킬 수도 있다.
이를 위해, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)는, 다공성 실리콘 기판(110), 다공성 실리콘 기판(110)의 제1 면에 형성된 전해질 막(120), 전해질 막(120)의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 제1 전극(130), 다공성 실리콘 기판(110)의 제2 면으로부터 전해질 막(120)의 제2 면의 제1 전극(130)에 대향하는 일부가 노출되도록 형성된 리세스부(140), 및 적어도 리세스부(140)를 통해 노출된 전해질 막(120)의 제2 면에 형성된 제2 전극(150)으로 구성된다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 전해질 막(120)은 MEMS 공정을 활용한 이온 전도성 세라믹 전해질 막으로 형성할 수 있으며, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)은 다공성 백금 재질을 사용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 전해질 막(120)은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)와 같은 고체 산소 이온 전도체 또는 이트륨 도핑된 BaZrO3(BYZ)와 같은 양성자 전도체로 형성할 수 있다.
도 2A 내지 도 2G는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)의 제조 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 양면이 폴리싱된 실리콘 기판(110)의 제1 면(도 2A에 도시된 예에서는 상면) 및 제1 면의 반대 면인 제2 면(도 2A에 도시된 예에서는 하면)에 각각 유전체 막(111) 및 유전체 막(112)을 증착한다. 여기서, 유전체 막(111) 및 유전체 막(112)에는 SiN을 사용할 수 있다.
이후, 도 2B에 도시된 바와 같이, 제2 면에 증착된 유전체 막(112)을 소정의 패턴에 따라 제거한다. 즉, 제2 면에 증착된 유전체 막에 소정의 패턴을 가진 마스크를 사용하여 포토리소그래피를 통해 SiN 유전체 막(112)에 패터닝을 한 다음에 적절한 에천트를 사용한 에칭을 통해 패턴에 따른 유전체 막(112)을 제거한다.
이후, 도 2C에 도시된 바와 같이, 제1 면에 증착된 유전체 막(111)의 제1 면에 전해질 막(120)을 형성한다. 제2 면에 증착된 유전체 막(112)을 소정의 패턴에 따라 제거하는 단계와 제1 면에 증착된 유전체 막(111)의 제1 면에 전해질 막(120)을 형성하는 단계는 서로 순서를 달리 할 수도 있다.
이후, 도 2D에 도시된 바와 같이, 제2 면의 유전체 막(112)이 제거된 부분을 에칭하여 제1 면에 증착된 유전체 막(111)이 노출되도록 리세스부(140)를 형성한다. 이 때, 하부로부터 실리콘 기판(110)을 에칭하기 위해 KOH 용액을 사용하여 습식 에칭을 수행할 수 있다.
이후, 도 2E에 도시된 바와 같이, 리세스부(140)를 통해 노출된 제1 면에 증착된 유전체 막(111) 및 제2 면에 남아있는 유전체 막(112)을 제거한다.
이후, 도 2F에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(110)의 적어도 리세스부(140)의 가장자리 부근을 다공성으로 형성한다. 이 때, 예를 들어 단결정 실리콘을 소정 농도의 불산 용액에 침지시킨 다음에 양극 처리하여 다공성 실리콘을 형성하는 방법을 사용할 수 있다.
이후, 도 2G에 도시된 바와 같이, 전해질 막(120)의 제 1면의 적어도 일부에 제1 전극(130)을 형성하고, 리세스부(140)를 통해 노출된 제1 면에 증착된 유전체 막(111)을 제거함으로써 노출된 전해질 막(120)의 제2 면에 제2 전극(150)을 형성한다.
이와 같이 제작된 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)는 MEMS 기반의 박막형 SOFC로, 멤브레인과 전극을 박막으로 형성함으로써 전해질 내의 이온 전도로 인한 오믹 손실을 최소화하여 저온에서의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.
동작 시에 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 응력이 집중되어 이 부근에 위치하는 셀들이 손상되는 것을 방지하기 위해 실리콘 기판(110)의 적어도 리세스부(140)의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부(160)를 형성함으로써, 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 전해질 막(120)은 MEMS 공정을 활용한 이온 전도성 세라믹 전해질 막으로 형성할 수 있으며, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)은 다공성 백금 재질을 사용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 전해질 막(120)은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)와 같은 고체 산소 이온 전도체 또는 이트륨 도핑된 BaZrO3(BYZ)와 같은 양성자 전도체로 형성할 수 있다.
도 2A 내지 도 2G에서는 실리콘 기판(110)의 리세스부(140)의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부(160)를 형성하여 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 집중되는 응력을 분산시키는 예를 보이고 있으나, 실리콘 기판(110) 전체를 다공성으로 해서 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 집중되는 응력을 분산시킬 수도 있다.
예를 들어, 양면이 폴리싱된 단결정 실리콘 기판(110)의 제1 면 및 제2 면에 각각 유전체 막(111) 및 유전체 막(112)을 증착한다. 여기서, 유전체 막(111) 및 유전체 막(112)에는 SiN을 사용할 수 있다.
이후, 제2 면에 증착된 유전체 막(112)을 소정의 패턴에 따라 제거한다. 즉, 제2 면에 증착된 유전체 막에 소정의 패턴을 가진 마스크를 사용하여 포토리소그래피를 통해 SiN 유전체 막(112)에 패터닝을 한 다음에 적절한 에천트를 사용한 에칭을 통해 패턴에 따른 유전체 막(112)을 제거한다.
이후, 제1 면에 증착된 유전체 막(111)의 제1 면에 전해질 막(120)을 형성한다. 제2 면에 증착된 유전체 막(112)을 소정의 패턴에 따라 제거하는 단계와 제1 면에 증착된 유전체 막(111)의 제1 면에 전해질 막(120)을 형성하는 단계는 서로 순서를 달리 할 수도 있다.
이후, 제2 면의 유전체 막(112)이 제거된 부분을 에칭하여 제1 면에 증착된 유전체 막(111)이 노출되도록 리세스부(140)를 형성한다. 이 때, 하부로부터 실리콘 기판(110)을 에칭하기 위해 KOH 용액을 사용하여 습식 에칭을 수행할 수 있다.
이후, 리세스부(140)를 통해 노출된 제1 면에 증착된 유전체 막(111) 및 제2 면에 남아있는 유전체 막(112)을 제거한다.
이후, 실리콘 기판(110)을 다공성으로 형성한다. 이 때, 예를 들어 단결정 실리콘을 소정 농도의 불산 용액에 침지시킨 다음에 양극 처리하여 다공성 실리콘을 형성하는 방법을 사용할 수 있다.
이후, 전해질 막(120)의 제 1면의 적어도 일부에 제1 전극(130)을 형성하고, 리세스부(140)를 통해 노출된 제1 면에 증착된 유전체 막(111)을 제거함으로써 노출된 전해질 막(120)의 제2 면에 제2 전극(150)을 형성한다.
이와 같이 제작된 박막형 고체 산화물 연료 전지(100)는 MEMS 기반의 박막형 SOFC로, 멤브레인과 전극을 박막으로 형성함으로써 전해질 내의 이온 전도로 인한 오믹 손실을 최소화하여 저온에서의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.
동작 시에 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 응력이 집중되어 이 부근에 위치하는 셀들이 손상되는 것을 방지하기 위해 실리콘 기판(110)을 다공성으로 형성함으로써, 멤브레인의 가장자리 부근(멤브레인에 있어서 리세스부(140)의 가장자리 부근)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 전해질 막(120)은 MEMS 공정을 활용한 이온 전도성 세라믹 전해질 막으로 형성할 수 있으며, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)은 다공성 백금 재질을 사용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 전해질 막(120)은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)와 같은 고체 산소 이온 전도체 또는 이트륨 도핑된 BaZrO3(BYZ)와 같은 양성자 전도체로 형성할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, 다공성 실리콘을 이용한 멤브레인 가장자리의 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, 다공성 실리콘을 이용한 멤브레인 가장자리의 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100: 고체 산화물 연료 전지
110: 실리콘 기판
111, 112: 유전체 막
120: 전해질 막
130: 제1 전극
140: 리세스부
150: 제2 전극
160: 다공질부

Claims (4)

  1. 실리콘 기판;
    상기 실리콘 기판의 제1 면에 형성된 전해질 막;
    상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 제1 전극;
    상기 실리콘 기판의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면으로부터 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면의 상기 제1 전극에 대향하는 일부가 노출되도록 형성된 리세스부; 및
    적어도 상기 전해질 막의 노출된 상기 제2 면에 형성된 제2 전극
    을 구비하고,
    상기 실리콘 기판은 적어도 상기 리세스부의 가장자리 부근에 다공성으로 형성된 다공질부를 포함하는,
    고체 산화물 연료 전지.
  2. 실리콘 기판의 제1 면 및 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 각각 유전체 막을 증착하는 단계;
    상기 제2 면에 증착된 유전체 막을 소정의 패턴에 따라 제거하는 단계;
    상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막의 제1 면에 전해질 막을 형성하는 단계;
    상기 제2 면의 상기 유전체 막이 제거된 부분을 에칭하여 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막이 노출되도록 리세스부를 형성하는 단계;
    상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막 및 상기 제2 면에 남아있는 상기 유전체 막을 제거하는 단계;
    상기 실리콘 기판의 적어도 상기 리세스부의 가장자리 부근을 다공성으로 형성하는 단계;
    상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막을 제거함으로써 노출된 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 제2 전극을 형성하는 단계
    를 구비하는,
    고체 산화물 연료 전지의 제조 방법.
  3. 다공성 실리콘 기판;
    상기 다공성 실리콘 기판의 제1 면에 형성된 전해질 막;
    상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 형성된 제1 전극;
    상기 다공성 실리콘 기판의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면으로부터 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면의 상기 제1 전극에 대향하는 일부가 노출되도록 형성된 리세스부; 및
    적어도 상기 전해질 막의 노출된 상기 제2 면에 형성된 제2 전극
    을 구비하는,
    고체 산화물 연료 전지.
  4. 단결정 실리콘 기판의 제1 면 및 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 각각 유전체 막을 증착하는 단계;
    상기 제2 면에 증착된 유전체 막을 소정의 패턴에 따라 제거하는 단계;
    상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막의 제1 면에 전해질 막을 형성하는 단계;
    상기 제2 면의 상기 유전체 막이 제거된 부분을 에칭하여 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막이 노출되도록 리세스부를 형성하는 단계;
    상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막 및 상기 제2 면에 남아있는 상기 유전체 막을 제거하는 단계;
    상기 실리콘 기판을 다공성으로 형성하는 단계;
    상기 전해질 막의 제 1면의 적어도 일부에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 리세스부를 통해 노출된 상기 제1 면에 증착된 상기 유전체 막을 제거함으로써 노출된 상기 전해질 막의 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면에 제2 전극을 형성하는 단계
    를 구비하는,
    고체 산화물 연료 전지의 제조 방법.
KR1020220039238A 2022-03-29 2022-03-29 다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법 KR20230140285A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220039238A KR20230140285A (ko) 2022-03-29 2022-03-29 다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법
JP2022066258A JP2023147130A (ja) 2022-03-29 2022-04-13 多孔性シリコンを用いた応力弛緩構造を有する薄膜型固体酸化物燃料電池及びその製造方法
PCT/KR2023/004120 WO2023191456A1 (ko) 2022-03-29 2023-03-28 박막형 고체산화물 연료전지 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220039238A KR20230140285A (ko) 2022-03-29 2022-03-29 다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230140285A true KR20230140285A (ko) 2023-10-06

Family

ID=88287093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220039238A KR20230140285A (ko) 2022-03-29 2022-03-29 다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023147130A (ko)
KR (1) KR20230140285A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100637088B1 (ko) 2000-12-05 2006-10-23 후지쯔 가부시끼가이샤 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100637088B1 (ko) 2000-12-05 2006-10-23 후지쯔 가부시끼가이샤 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023147130A (ja) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3731648B2 (ja) 燃料電池用単セル及び固体電解質型燃料電池
US7655333B2 (en) Sub-micron solid oxide electrolyte membrane in a fuel cell
US6969565B2 (en) Solid oxide fuel cell stack and method of manufacturing the same
US7871734B2 (en) Micro fuel cell
US20040115507A1 (en) Monolithic fuel cell and method of manufacture
US20060189142A1 (en) Method for making a sub-micron solid oxide electrolyte membrane
KR20080085092A (ko) 고체산화물 연료전지의 막전극 접합체
US20030096146A1 (en) Planar substrate-based fuel cell Membrane Electrode Assembly and integrated circuitry
EP1190460A1 (en) Fuel cell and membrane
JP2005529454A (ja) 燃料電池、燃料電池用セパレータ・拡散層アセンブリ及びその製造方法
WO2009029249A1 (en) Design and fabrication method of thin film solid oxide fuel cells
KR20230140285A (ko) 다공성 실리콘을 이용한 응력 이완 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 및 이의 제조 방법
US7691523B2 (en) Method of preparing fuel cell comprising proton conducting solid perovskite electrolyte membrane with improved low temperature ion conductivity, and membrane electrode assembly of fuel cell prepared by the method
KR20230140286A (ko) 벌집 배열의 서브 셀을 갖는 유닛 셀 및 이를 포함하는 박막형 고체 산화물 연료 전지
KR20230141311A (ko) 단열 구조를 갖는 연료 전지 패키지
JP2003282089A (ja) マイクロ燃料電池
TWI742877B (zh) 燃料電池胞、燃料電池系統、燃料電池胞製造方法
KR20230141314A (ko) 스택 구조를 갖는 박막형 고체 산화물 연료 전지 패키지
JP2002352832A (ja) 燃料電池用セル板、その製造方法および燃料電池スタック
WO2023191456A1 (ko) 박막형 고체산화물 연료전지 및 이의 제조 방법
KR20040016395A (ko) 연료 전지, 그 제조 방법, 및 전기 에너지원
WO2023191464A1 (ko) 박막형 고체산화물 연료전지 패키지
KR100441376B1 (ko) 얇은 두께를 갖는 콤포지트 멤브레인
WO2021229729A1 (ja) 燃料電池セルおよびその製造方法
JP2002329506A (ja) 燃料電池用セル板、その製造方法および燃料電池スタック