KR20240061531A - 고체산화물 연료전지용 애노드층 및 이의 제작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직으로 일정한 간격으로 나노단위 사이즈의 홀이 형성된 고체산화물 연료전지용 애노드층 및 이의 제작방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 고체산화물 연료전지용 애노드층에 있어서, 애노드 물질층과, 상기 애노드 물질층에 수직으로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 애노드홀을 포함하며, 상기 애노드홀의 직경은 나노단위인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층을 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은 고체산화물 연료전지용 애노드층에 있어서, 애노드 물질층과, 상기 애노드 물질층에 수직으로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 애노드홀을 포함하며, 상기 애노드홀의 직경은 나노단위인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층을 제공한다.
Description
본 발명은 고체산화물 연료전지용 애노드층 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직으로 일정한 간격으로 나노단위 사이즈의 홀이 형성된 고체산화물 연료전지용 애노드층 및 이의 제작방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료를 산화시킬 때 발생하는 화학에너지를 직접 전기에너지로 바꾸는 장치이다.
이때 산화·환원 반응을 이용하게 되는데, 닫힌계 내에서 반응하는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어, 생성물이 연속적으로 밖으로 제거된다.
연료전지는 보통 전해질 손실이 생기거나 전해질을 보충해주어야 하는 문제, 전지가 부식하는 문제 등이 발생하게 되는데, 고체 산화물 연료전지는 전극과 전해질이 모두 고체로 이루어져 이러한 문제가 없고 안정성이 높으며, 수소뿐만 아니라 가스와 같은 다양한 연료를 직접 전기로 만들 수 있고, 반대로 전기를 가스로도 변환할 수 있어 환경 미래 에너지원으로 주목받고 있다.
여기서, 애노드에 반응물(연료)을 공급하고, 생성물을 제거하기 위하여, 애노드 지지체는 소결법(ex. power sintering) 또는 테이프 케스팅(tape casting)등의 방법으로 기공이 분포된 형상으로 제작되는데, 이러한 방법으로 제작된 애노드 지지체는 불균일한 기공 분포가 되어 원활한 반응물의 공급 및 생성물 제거를 수행할 수 없는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 수직으로 일정한 간격으로 나노단위 사이즈의 홀이 형성된 고체산화물 연료전지용 애노드층을 제작함으로써 원활한 반응물의 공급 및 생성물 제거를 수행할 수 있는 고체산화물 연료전지용 애노드층 및 이의 제작방법을 제공하는데에 그 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고체산화물 연료전지용 애노드층에 있어서, 애노드 물질층과, 상기 애노드 물질층에 수직으로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 애노드홀을 포함하며, 상기 애노드홀의 직경은 나노단위인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층을 제공한다.
여기서, 상기 애노드홀의 형상은 원기둥, 원뿔 또는 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법에 있어서, 일정 형상의 복수개의 기둥이 형성된 몰드층을 준비하는 몰드층 준비단계와, 상기 몰드층 상면에 상기 애노드물질을 도포하는 애노드물질 도포단계와, 상기 몰드층에 도포된 상기 애노드물질을 경화시키는 애노드물질 경화단계와, 상기 몰드층으로부터 경화된 상기 애노드물질을 분리시켜 애노드홀이 형성된 애노드 물질층을 형성하는 애노드물질층 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법을 제공한다.
여기서, 상기 몰드층 준비단계는 상기 몰드층 상부에 마스크층을 증착하는 마스크층 증착단계와, 상기 몰드층을 에칭하는 몰드층 에칭단계와, 상기 몰드층 상부에 증착된 마스크층을 제거하는 마스크층 제거단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 몰드층의 재질은 산화물(Oxide), 질화물(Nitride), 실리콘(Si) 웨이퍼, 내열성 폴리머, 내열성 금속 중 어느 하나의 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 애노드물질층 형성단계에서 상기 애노드홀의 형상은 원기둥, 원뿔 또는 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층 및 이의 제작방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 수직으로 일정한 간격으로 나노단위 사이즈의 홀이 형성된 고체산화물 연료전지용 애노드층을 제작함으로써 원활한 반응물의 공급 및 생성물 제거를 수행할 수 있는 이점이 있다.
둘째 애노드홀의 상부 영역에 형성된 상부 에치테일부 및 하부 영역에 형성된 하부 에치테일부의 구조적 구성으로 안정적인 집전이 가능하도록 하는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 일 실시예의 개략도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 다른 실시예의 개략도를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 일 실시예 단계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 다른 실시예 단계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층이 고체산화물 연료전지에 적용되는 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 다른 실시예의 개략도를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 일 실시예 단계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 다른 실시예 단계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층이 고체산화물 연료전지에 적용되는 예시를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 일면, 타면, 상단, 하단, 상면, 하면, 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적이 위치를 구별하기 위해 사용된다.
도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층 및 이의 제작방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른고체산화물 연료전지용 애노드층의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명에 따른고체산화물 연료전지용 애노드층은 애노드 물질층(100) 및 애노드홀(200)을 포함한다.
상기 애노드 물질층(100)은 고체산화물 연료전지용의 애노드층과 대응되며, 상기 애노드 물질층(100)의 재질은 니켈-이트리아 안정화 지르코니아(Nickel-Yttria Stabilized Zirconia, Ni-YSZ), 니켈-가도리니아 첨가 산화 세륨(Nickel-gadolinia-doped ceria, Ni-GDC), 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 등의 애노드물질의 페이스트(paste)와 나노사이즈의 파우더로 구성될 수 있으며, 또는 상술한 각 애노드물질의 혼합물질로 구성될 수도 있다.
상기 애노드홀(200)은 상기 애노드 물질층(100)에 수직으로 일정한 간격으로 이격되어 배치되며, 상기 애노드홀(200)의 형상은 원기둥, 원뿔 또는 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 애노드홀(200)의 직경은 수 십 nm ~ 수 백 nm로 형성될 수 있으며, 이웃하는 상기 애노드홀(200) 사이의 거리는 수 십 nm ~ 수 백 nm로 형성될 수 있고, 상기 애노드홀(200)의 직경 및 거리는 상기 애노드 물질층(100)의 특성에 따라 변경될 수 있으며, 상술한 범위 이외의 직경 및 거리로 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 상기 애노드 물질층(100)에 수직으로 일정한 간격으로 나노단위 사이즈의 애노드홀(200)이 형성된 고체산화물 연료전지용 애노드층을 제작함으로써 원활한 반응물의 공급 및 생성물 제거를 수행할 수 있게 된다.
또한, 상기 애노드홀(200)의 갯수, 밀도, 직경을 계산함에 따라, 상기 애노드 물질층(100)에 공급되는 반응물과 제거되는 생성물을 예측할 수 있게 됨에 따라 안정적으로 전기에너지를 생성할 수 있게 된다.
또한, 상기 애노드홀(200)의 상부 영역에는 상부 에치테일부(210)가 형성되고, 상기 애노드홀(200)의 하부 영역에는 하부 에치테일부(220)가 형성된다.
상기 상부 에치테일부(210)는 상기 애노드홀(200)의 상부영역으로부터 상기 애노드 물질층(100)의 상면 영역으로 갈수록 직경이 축소되는 형상으로 형성된다.
또한, 상기 하부 에치테일부(220)는 상기 애노드홀(200)의 하부영역으로부터 상기 애노드 물질층(100)의 하면 영역으로 갈수록 직경이 확장되는 형상으로 형성된다.
상기 애노드홀(200)에 상기 상부 에치테일부(210) 및 상기 하부 에치테일부(220)가 형성됨에 따라, 상기 애노드홀(200)의 하면 영역의 직경이 확장되므로, 반응물의 공급 및 생성물의 배출이 원활하게 이루어지고, 상기 애노드홀(200)의 상면 영역의 직경이 축소되므로, 후술하는 전해질과 접촉하는 면적이 넓어져 전기에너지의 생성이 보다 많이 생성될 뿐만 아니라, 상기 애노드홀(200)의 구조적 구성으로 안정적인 집전이 가능하도록 한다.
이 외, 상기 상부 에치테일부(210) 및 상기 하부 에치테일부(220)의 형성 과정에 대한 상세 설명은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 설명에서 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 다른 실시예의 개략도를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 다른 실시예는 애노드 물질층(100') 및 애노드홀(200')을 포함한다.
다만, 본 발명에 따른고체산화물 연료전지용 애노드층의 다른 실시예의 애노드홀(200')은 제1 애노드홀(210') 및 제2 애노드홀(220')을 포함한다.
상기 제1 애노드홀(210')은 상술한 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 일 실시예에서 설명한 애노드홀(200)과 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제2 애노드홀(220')은 상기 애노드 물질층(100')의 하면부로부터 상기 애노드 물질층(100')의 중앙부 내지 상부 영역까지 홈 형상으로 형성된다.
즉, 상기 제1 애노드홀(210')은 상기 애노드 물질층(100')을 관통하는 홀 형상으로 형성되고, 상기 제2 애노드홀(220')은 상기 애노드 물질층(100')의 하면부에 형성된 홈 형상으로 형성된다.
상기 애노드홀(200')이 상기 제1 애노드홀(210') 및 상기 제2 애노드홀(220')을 포함함에 따라, 상기 제1 애노드홀(210') 및 상기 제2 애노드홀(220')에 의하여 반응물의 공급 및 생성물의 배출이 원활하게 이루어지게 될 뿐만 아니라, 상기 제2 애노드홀(220')의 상부는 후술하는 전해질층과 접촉형성되므로, 전해질과 접촉하는 면적이 넓어져 전기에너지의 생성이 보다 원활하게 생성된다.
본 명세서의 도 3의 제2 애노드홀(220')은 한 종류의 깊이의 홈에 대해서만 도시하였지만, 생성하고자 하는 전기에너지에 따라 복수개의 깊이의 제2 애노드홀(220')로 구성될 수도 있다.
이 외, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 다른 실시예의 상세 설명은 상술한 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 일 실시예와 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법을 단계를 도시한 도면으로, 도 4 및 도 5에 따르면 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법은 몰드층 준비단계(S100), 애노드물질 도포단계(S200), 애노드물질 경화단계(S300) 및 애노드물질층 형성단계(S400)를 포함한다.
상기 몰드층 준비단계(S100)에서는 일정 형상의 복수개의 기둥(1100)이 형성된 몰드층(1000)을 준비한다.
구체적으로 상기 몰드층 준비단계(S100)는 마스크층 증착단계(S110), 몰드층 에칭단계(S120) 및 마스크층 제거단계(S130)를 포함한다.
상기 마스크층 증착단계(S110)에서는 몰드층(1000) 상부에 마스크층(2000)을 증착한다.
이때, 상기 몰드층(1000)의 재질은 산화물(Oxide), 질화물(Nitride), 실리콘(Si) 웨이퍼, 내열성 폴리머, 내열성 금속 중 어느 하나의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 마스크층(2000)은 나노단위의 직경을 가지되, 복수개로 형성되어 일정간격으로 이격되어 배치되는 원형, 다각형의 형상의 영역을 제외한 몰드층(1000) 상부의 영역이 노출되는 형상으로 형성된다.
상기 몰드층 에칭단계(S120)에서는 상기 몰드층(1000)을 에칭하여 일정 형상의 복수개의 기둥(1100)이 형성된 몰드층(1000)을 형성한다.
이때, 상기 몰드층 에칭단계(S120)에서 형성된 상기 기둥(1100)의 형상은 원기둥 또는 다각형 기둥의 형상으로 형성된다.
또한, 상기 기둥(1100)은 상부 에치구조(1110) 및 하부 에치구조(1120)를 포함한다.
상기 상부 에치구조(1110)는 상기 기둥(1100)의 상부로부터 상기 기둥(1100)의 상면, 즉 상기 몰드층(1000)의 상면으로 갈수록 직경이 확장되는 형상으로 형성된다.
또한, 상기 하부 에치구조(1120)는 상기 기둥(1100)의 하부로부터 상기 기둥(1100)의 하면, 즉 상기 몰드층(1000)의 하면으로 갈수록 직경이 축소되는 형상으로 형성된다.
(상기 상부 에치구조(1110) 및 상기 하부 에치구조(1120)는 상기 마스크층(2000)을 덮은 후, 식각하는 과정에서 발생되는 현상에 의하여 발생되는 구조에 해당한다.)
상기 마스크층 제거단계(S130)에서는 상기 몰드층(1000) 상부에 증착된 마스크층(2000)을 제거한다.
이때, 상기 마스크층(2000)은 산화(oxidation), 플라즈마 산화(plasma oxidation) 등으로 제거될 수 있다.
상기 애노드물질 도포단계(S200)에서는 상기 복수개의 기둥(1100)이 형성된 상기 몰드층(1000)에 애노드물질(3000)을 도포한다.
이때, 상기 애노드물질(3000)은 니켈-이트리아 안정화 지르코니아(Nickel-Yttria Stabilized Zirconia, Ni-YSZ), 니켈-가도리니아 첨가 산화 세륨(Nickel-gadolinia-doped ceria, Ni-GDC), 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 등의 애노드물질의 페이스트(paste)와 나노사이즈의 파우더로 구성될 수 있으며, 또는 상술한 각 애노드물질의 혼합물로 구성될 수도 있다.
상기 애노드물질 경화단계(S300)에서는 상기 몰드층(1000)에 도포된 상기 애노드물질(3000)을 경화시킨다.
이때, 상기 애노드물질(3000)의 경화는 몰드층(1000)과 애노드물질(3000)이 서로 반응하지 않는 온도와 시간의 환경으로 수행되며, 동시에 상기 애노드물질(3000)이 충분히 고체화되도록 하는 환경에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 애노드물질층 형성단계(S400)에서는 상기 몰드층(1000)으로부터 경화된 상기 애노드물질(3000)을 분리시켜 애노드홀(200)이 형성된 애노드 물질층(100)을 형성한다.
이때, 상기 애노드 물질층(100)은 상기 몰드층(1000)으로부터 애노드 물질층(100)의 손실을 최소화하면서 분리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
일 예로, 습식(wet), 건식(dry), 반응성 이온 식각(Reactive ion Etching), 산소(O2) 환경에서의 어닐링(annealing) 등의 공정 중 어느 하나의 공정으로 상기 애노드물질층 형성단계(S400)가 수행될 수 있다.
상술한 상기 몰드층 준비단계(S100), 상기 애노드물질 도포단계(S200), 상기 애노드물질 경화단계(S300) 및 상기 애노드물질층 형성단계(S400)를 수행함으로써, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층을 제작할 수 있다.
이때, 상기 애노드층에 형성된 상기 애노드홀(200)은 상기 상부 에치구조(1110)에 의하여 상부 에치테일부(210)가 형성되고, 상기 하부 에치구조(1120)에 의하여 하부 에치테일부(220)가 형성된다.
이 외, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 상세 설명은 상술한 고체산화물 연료전지용 애노드층과 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 다른 실시예 단계를 도시한 도면이다.
도 6에 따른 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 다른 실시예는 구체적으로 상기 몰드층 준비단계는 제1 마스크층 증착단계(S110'), 제1 몰드층 에칭단계(S120'), 제1 마스크층 제거단계(S130'), 제2 마스크층 증착단계(S140'), 제2 몰드층 에칭단계(S150'), 제2 마스크층 제거단계(S160')를 포함한다.
상기 제1 마스크층 증착단계(S110')에서는 몰드층(1000) 상부에 제1 마스크층(2100')을 증착한다.
상기 제1 몰드층 에칭단계(S120')에서는 몰드층(1000)을 에칭하여 일정 형상의 복수개의 제1 기둥(1100')이 형성된 제1 몰드층(1000)을 형성하며, 상기 제1 기둥은 상술한 제1 애노드홀(210')이 형성되도록 한다.
상기 제1 마스크층 제거단계(S130')에서는 상기 몰드층(1000) 상부에 증착된 제1 마스크층(2100')을 제거한다.
즉, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 다른 실시예의 상기 제1 마스크층 증착단계(S110'), 상기 제1 몰드층 에칭단계(S120'), 상기 제1 마스크층 제거단계(S130')는 상술한 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 일 실시예의 상기 마스크층 증착단계(S110), 상기 몰드층 에칭단계(S120), 상기 마스크층 제거단계(S130)와 대응된다.
상기 제2 마스크층 증착단계(S140')에서는 상기 제1 마스크층 증착단계(S110')에서 식각되지 않은 영역, 즉, 상기 제1 기둥(1100')이 형성되지 않은 상기 몰드층(1000')이 노출되도록 제2 마스크층(2200')을 상기 몰드층(1000') 상부에 배치한다.
이후, 상기 제2 몰드층 에칭단계(S150')에서는 상기 몰드층(1000') 상부 영역을 일정 깊이로 식각하여 제2 기둥(1200')을 형성하며, 상기 제2 기둥(1200')은 상술한 제2 애노드홀(220')이 형성되도록 한다.
마지막으로 상기 제2 마스크층 제거단계(S160')에서는 상기 몰드층(1000') 상부에 증착된 제2 마스크층(2200')을 제거한다.
이 외, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 다른 실시예의 상세 설명은 상술한 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법의 일 실시예와 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층이 고체산화물 연료전지에 적용되는 예시를 도시한 도면이다.
도 7의 도시와 같이, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층의 상면에는 sputter, PLD, ALD, PEALD, evaporation, CVD, PECVD, screen printing, dip coating의 제작공정을 사용하여 전해질층(500)이 증착되며, 상기 전해질층(500)의 상면에 캐소드층(600)이 증착됨에 따라, 고체산화물 연료전지로 제작될 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 애노드층을 사용하여 고체산화물 연료전지을 제작함에 따라 상기 애노드홀(200)의 갯수, 밀도, 직경을 계산함에 따라, 상기 애노드 물질층(100)에 공급되는 반응물과 제거되는 생성물을 예측할 수 있게 됨에 따라 안정적으로 전기에너지를 생성할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 상기 애노드홀(200)에 상기 상부 에치테일부(210) 및 상기 하부 에치테일부(220)가 형성됨에 따라, 구조적 구성으로 안정적인 집전이 가능하도록 한다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100: 애노드 물질층
200: 애노드홀
210: 상부 에치테일부
220: 하부 에치테일부
1000: 몰드층
1100: 기둥
1110: 상부 에치구조
1120: 하부 에치구조
2000: 마스크층
3000: 애노드물질
500: 전해질층
600: 캐소드층
200: 애노드홀
210: 상부 에치테일부
220: 하부 에치테일부
1000: 몰드층
1100: 기둥
1110: 상부 에치구조
1120: 하부 에치구조
2000: 마스크층
3000: 애노드물질
500: 전해질층
600: 캐소드층
Claims (6)
- 고체산화물 연료전지용 애노드층에 있어서,
애노드 물질층; 및
상기 애노드 물질층에 수직으로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 애노드홀;을 포함하며,
상기 애노드홀의 직경은 나노단위인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층. - 제1항에 있어서,
상기 애노드홀의 형상은 원기둥, 원뿔 또는 다각기둥 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층. - 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법에 있어서,
일정 형상의 복수개의 기둥이 형성된 몰드층을 준비하는 몰드층 준비단계;
상기 몰드층 상면에 상기 애노드물질을 도포하는 애노드물질 도포단계;
상기 몰드층에 도포된 상기 애노드물질을 경화시키는 애노드물질 경화단계;
상기 몰드층으로부터 경화된 상기 애노드물질을 분리시켜 애노드홀이 형성된 애노드 물질층을 형성하는 애노드물질층 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법. - 제3항에 있어서,
상기 몰드층 준비단계는,
상기 몰드층 상부에 마스크층을 증착하는 마스크층 증착단계;
상기 몰드층을 에칭하는 몰드층 에칭단계; 및
상기 몰드층 상부에 증착된 마스크층을 제거하는 마스크층 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법. - 제3항에 있어서,
상기 몰드층의 재질은 산화물(Oxide), 질화물(Nitride), 실리콘(Si) 웨이퍼, 내열성 폴리머, 내열성 금속 중 어느 하나의 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법. - 제3항에 있어서,
상기 애노드물질층 형성단계에서 상기 애노드홀의 형상은 원기둥, 원뿔 또는 다각기둥 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 애노드층의 제작방법.
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| KR20170025739A (ko) | 2015-08-31 | 2017-03-08 | 서울대학교산학협력단 | 고체 산화물 연료전지 및 이의 제조 방법 |
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