WO2014109586A1 - 응집현상 감소를 위한 박막형 ｓｏｆｃ 스택 - Google Patents

응집현상 감소를 위한 박막형 ｓｏｆｃ 스택 Download PDF

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thin film
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electrode
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권오웅
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지브이퓨얼셀 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to thin film SOFC stacks for reducing agglomeration, and more particularly to thin film SOFC stacks capable of reducing agglomeration from high operating temperatures.
  • Solid Oxide Fuel Cells operate at the highest temperatures (700-1000 ° C) of fuel cells using solid oxides with oxygen or hydrogen ion conductivity as electrolytes.
  • solid oxide fuel cells have a simpler structure than other fuel cells because all components are solid, there is no problem of electrolyte loss, replenishment and corrosion, no precious metal catalyst, and fuel supply through direct internal reforming. This is easy.
  • it has the advantage that thermal combined cycle power generation using waste heat is possible because the high-temperature gas is discharged.
  • a typical solid oxide fuel cell is composed of a dense electrolyte layer of oxygen ion conductivity and a porous cathode and anode located on both sides thereof.
  • the operating principle is that oxygen permeates through the porous cathode and reaches the electrolyte surface. Oxygen ions generated by the oxygen reduction reaction move to the fuel electrode through the dense electrolyte and react with hydrogen supplied to the porous anode to generate water. At this time, since electrons are generated at the anode and electrons are consumed at the cathode, electricity flows when the two electrodes are connected to each other.
  • Figure 1 is a photograph showing a cross-sectional view of a single cell of the anode-supported solid oxide fuel cell according to the prior art 1.
  • a unit cell has a porous anode support, a anode functional layer, a sea layer, and a composite air electrode layer, and the composite air electrode layer is composed of a cathode functional layer, an air electrode, and a current collector layer.
  • the unit cell according to the prior art 1 has a problem in that a fuel electrode and an air electrode made of a metal material are agglomerated with each other due to a high operating temperature, thereby requiring maintenance and replacement.
  • the metal support-type metal oxide fuel cell of the related art 2 includes a metal support 101; A first electrode 103 formed on one surface of the metal support 101; An electrolyte 107 formed on one surface of the first electrode 103 and a second electrode 109 formed on one surface of the electrolyte 107 are formed in a stacked stack to supply and discharge fuel or air. It includes a manifold 110, the first electrode 103 and the second electrode 109 is composed of different electrodes of the air electrode or fuel electrode.
  • the solid oxide fuel cell according to the prior art 2 also has a problem in that the first and second electrodes made of a metallic material are agglomerated with each other due to a high operating temperature, thereby requiring maintenance and replacement.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by forming a ceramic coating layer on the surface of the electrode to reduce the agglomeration phenomenon that can minimize the agglomeration phenomenon from the high operating temperature of the fuel cell It is to provide a thin film SOFC stack.
  • the anode electrode An electrolyte stacked on the anode electrode; A cathode electrode stacked on the electrolyte; And a coating layer formed on surfaces of the anode electrode and the cathode electrode to prevent agglomeration.
  • the coating layer in the present invention may be selected from metal oxides or yttria-stabilized zirconia (YSZ) or zirconium oxide (ZrO2) or yttrium oxide (Y2O3) or aluminum oxide (Al2O3).
  • YSZ yttria-stabilized zirconia
  • ZrO2 zirconium oxide
  • Y2O3 yttrium oxide
  • Al2O3 aluminum oxide
  • the coating layer in the present invention may be formed to a thickness of 1 ⁇ 10nm.
  • the coating layer in the present invention may be formed by chemical vapor deposition (CVD).
  • the coating concentration (doping rate) of the coating layer in the present invention may be characterized in that 10 to 20% range.
  • the present invention it is possible to form a ceramic coating layer on the surface of the electrode to minimize the agglomeration phenomenon from the high operating temperature of the fuel cell.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a single cell of a cathode support solid oxide fuel cell according to the related art.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a metal support-type solid oxide fuel cell according to the prior art 2.
  • Figure 3 is a side cross-sectional view showing a thin SOFC stack for reducing the aggregation phenomenon according to the present invention.
  • Figure 4 is a photograph showing a state in which a coating layer is formed on the cathode electrode in a thin film SOFC stack for reducing the aggregation phenomenon according to the present invention.
  • 5A to 5D are electron microscope images showing surface platinum agglomeration changes after 10 hours at 600 ° C. in a thin film SOFC stack for agglomeration reduction according to the present invention.
  • 7A to 7C are images showing the results of analyzing the surface change according to the thermal environment by temperature and thickness when the coating thickness is changed in the thin film SOFC stack of the present invention.
  • 8A and 8B are electron microscope images confirming that ceramic (SnO 2 ) is present between the arrows on the cathode of the thin-film SOFC stack of the present invention.
  • ... unit means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software.
  • Figure 3 is a side cross-sectional view of a thin film SOFC stack for reducing the aggregation phenomenon according to the present invention
  • Figure 4 shows a state in which the coating layer is formed on the cathode electrode in the thin film SOFC stack according to the present invention
  • Figure 5 In the thin film type SOFC stack according to the present invention, the state in which agglomeration is generated on the cathode and the state in which the agglomeration is improved by the coating layer are illustrated.
  • the thin-film SOFC stack 100 for reducing the aggregation phenomenon includes an anode electrode 110, electrolyte 120, cathode electrode 130 and the coating layer 132.
  • the anode electrode 110 and the cathode electrode 130 provides a large surface area for the electrochemical reaction to occur, and serves to provide a movement path of the electrons generated at this time, the electrolyte 120 is ion between the electrodes It provides a movement path for but blocks the movement of electrons and separates fuel and oxygen, and is formed by the catalyst.
  • the anode electrode 110 is a fuel electrode formed of a material such as palladium (Pd), which is a high performance catalyst.
  • the electrolyte 120 is stacked on the anode electrode 110, and is a dense electrolyte, zirconium oxide (Zr x O y ), cerium oxide (Ce x O y ), lanthanum gallate (Lanthanum Gallate), Oxygen ion conducting materials, such as barium cerate, barium zirconate, bismuth-based oxides, or various doping phases of these materials, or proton conductors Ionic conductors such as conducting materials can be selected and used in a comprehensive category.
  • the electrolyte 120 is formed of yttrium-doped barium zirconate [BYZ, Y-doped Barium Zirconate (Y-doped BaZrO 3 )].
  • the cathode electrode 130 is formed on the upper surface of the electrolyte 120, and is an air electrode formed of a material such as platinum (Pt), which is the same high-performance catalyst as the anode electrode layer 110.
  • Pt platinum
  • the anode electrode 110 and the cathode electrode 130 are metal electrodes formed by chemical vapor deposition (CVD), such as atomic layer deposition (ALD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the coating layer 132 is formed on the surface (top) of the cathode electrode 130 to function to minimize the agglomeration phenomenon from the high operating temperature during operation of the solid oxide fuel cell.
  • the coating layer 132 is selected from metal oxides and yttria-stabilized zirconia (YSZ), zirconium oxide (ZrO 2), yttrium oxide (Y 2 O 3), aluminum oxide (Al 2 O 3), and the like, and more specifically, ceramics. It is formed of (SnO 2 ) or tin oxide ceramic, etc., and has a thickness of 1 to 10 nm, and is formed by chemical vapor deposition (CVD) such as atomic layer deposition (ALD). do.
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the thickness of the coating layer 132 is smooth as the thickness increases, the thickness of the coating layer 132 may be in the range of 1 to 10 nm, preferably 10 nm or less, because small pores of the surface may be blocked. It is preferable to form.
  • the coating layer 132 may be selectively formed on the surface (bottom) of the anode electrode 110, and may be implemented by the same material, the same thickness, and the same method as the coating layer 132 formed on the cathode electrode 130. have.
  • the coating concentration (doping rate) range of the coating layer 132 is preferably formed in 10 ⁇ 20% section.
  • yttria stabilized zirconia (YSZ) is coated on the cathode electrode, and the coating concentration of YSZ is about 8 mole%, but this is an optimum concentration in the electrolyte, and a higher coating concentration is desirable on the electrode side.
  • FIG. 5A to 5D are electron microscope images showing surface platinum agglomeration changes after 10 hours at 600 ° C.
  • FIG. 5A is a photograph showing a state in which agglomeration occurs on a cathode electrode in a thin film SOFC stack of the present invention.
  • 5B, 5C, and 5D show a state in which the aggregation phenomenon is improved by the coating layer.
  • FIG. 5a is a pure platinum electrode agglomeration occurs at a high temperature (600 °C)
  • Figures 5b, 5c, 5d is an electron microscope confirmed that the agglomeration phenomenon is improved by coating a tin oxide ceramic (tin oxide) The resulting image.
  • tin oxide tin oxide
  • FIGS. 7A to 7C are coated on the thin film SOFC stack of the present invention.
  • Figure 7a is an image showing the surface platinum agglomeration change when exposed to 10 hours at 300 °C
  • Figure 7b is an image showing a change of surface platinum agglomeration when exposed to 10 hours at 400 °C
  • Figure 7c is at 500 °C The image shows the change in surface platinum aggregation after 10 hours of exposure.
  • 8A and 8B are electron microscope image results confirming that ceramic (SnO 2 ) is present between the arrows on the cathode in the thin-film SOFC stack of the present invention.
  • the thin film SOFC stack 100 for reducing the aggregation phenomenon according to the present invention can minimize the agglomeration phenomenon from the high operating temperature by the coating layer 132, which is a ceramic coating layer formed on the surface of the cathode electrode 130 Life and durability are improved.
  • the cathode electrode 130 is roughly processed on the surface in order to increase the reaction rate. Since the electrode is made of metal, a heat aggregation occurs after a certain time due to the operating temperature of the fuel cell having a high temperature. In this case, when the coating layer 132 is formed on the surface of the cathode electrode 130, the inside of the recessed portion where the aggregation phenomenon occurs is mainly supported, thereby supporting the recessed portion through the coating layer 132.

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Abstract

본 발명은 박막형 SOFC 스택에 관한 것으로, 본 발명은, 애노드 전극; 상기 애노드 전극 상에 적층되는 전해질; 상기 전해질 상에 적층되는 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극의 표면에 형성되어 응집(Agglomeration) 현상을 방지하는 코팅층을 포함한다. 본 발명에 의하면, 전극의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 연료전지의 높은 작동 온도로부터 응집(Agglomeration) 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

응집현상 감소를 위한 박막형 ＳＯＦＣ 스택
본 발명은 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 작동 온도로부터 응집(Agglomeration) 현상을 감소할 수 있는 박막형 SOFC 스택에 관한 것이다.
고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체 산화물을 전해질로 사용하여 연료 전지 중 가장 높은 온도(700∼1000 ℃)에서 작동한다.
특히, 고체 산화물 연료전지는 모든 구성 요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료 전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다.
일반적인 고체 산화물 연료전지는 산소 이온전도성의 치밀한 전해질층과 그 양면에 위치한 다공성의 공기극(Cathode) 및 연료극(Anode)으로 이루어져 있다. 작동원리는 다공성의 공기극에서는 산소가 투과하여 전해질 면에 이르고 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 치밀한 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 다시 다공성의 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다.
이러한 고체 산화물 연료전지와 관련된 기술이 특허등록 제0717130호와, 공개특허 제2012-0075242호에 제안된 바 있다.
이하에서 종래기술로서 특허등록 제0717130호와, 공개특허 제2012-0075242호에 개시된 고체 산화물 연료전지를 간략히 설명한다.
도 1에는 종래기술 1에 의한 연료극 지지형 고체산화물 연료전지의 단전지 단면을 보인 사진이 기재되어 있다. 도 1을 참조하면, 단전지는 다공성 연료극지지체, 연료극 기능성층, 해질층, 복합공기극층으로 구성을 가지며, 복합공기극층은 다시 공기극 기능성층과 공기극 그리고 집전층으로 구성된다.
그러나 종래기술 1에 의한 단전지는 높은 작동 온도에 의해 금속 물질로 이루어진 연료극과 공기극이 서로 응집(Agglomeration)되어 유지보수 및 교체가 요구되는 문제점이 있었다.
도 2에는 종래기술 2에 의한 금속 지지체형 고체 산화물 연료전지의 일 예가 단면도로 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 종래 기술 2의 금속 지지체형 금속 산화물 연료전지는 금속 지지체(101); 상기 금속 지지체(101)의 일면에 형성된 제1 전극(103); 상기 제1 전극(103)의 일면에 형성되는 전해질(107) 및 상기 전해질(107)의 일면에 형성되는 제2 전극(109)이 적층된 적층체에 형성되어, 연료 또는 공기의 공급 및 배출을 위한 매니폴드(110)를 포함하고, 상기 제1 전극(103) 및 제2 전극(109)은 공기극 또는 연료극의 서로 다른 전극으로 구성된다.
그러나 종래기술 2에 의한 고체 산화물 연료전지 역시 높은 작동 온도에 의해 금속 물질로 이루어진 제1, 2 전극이 서로 응집(Agglomeration)되어 유지보수 및 교체가 요구되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 연료전지의 높은 작동 온도로부터 응집(Agglomeration) 현상을 최소화할 수 있게 한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 애노드 전극; 상기 애노드 전극 상에 적층되는 전해질; 상기 전해질 상에 적층되는 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극의 표면에 형성되어 응집(Agglomeration) 현상을 방지하는 코팅층을 포함하는 박막형 ＳＯＦＣ 스택을 통해 달성된다.
또한, 본 발명에서의 상기 코팅층은 금속 산화물 또는 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-stabilized zirconia, YSZ) 또는 산화지르코늄(ZrO2) 또는 산화이트륨(Y2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 중에 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 코팅층은 1~10㎚ 두께로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 코팅층은 화학 기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 코팅층의 코팅 농도(doping rate)는 10~20% 범위인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하여 연료전지의 높은 작동 온도로부터 응집(Agglomeration) 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술 1에 대한 연료극 지지형 고체산화물 연료전지의 단전지 단면을 보인 사진이다.
도 2는 종래기술 2에 대한 금속 지지체형 고체 산화물 연료전지의 일 예가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택을 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택에서 캐소드 전극 상에 코팅층이 형성된 상태를 나타낸 사진이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택에서 600℃에서 10시간을 둔 뒤에 표면 백금 응집(Agglomeration) 변화를 나타낸 전자현미경 이미지이다.
도 6에는 본 발명의 박막형 SOFC 스택에서 투과전자현미경으로 분석한 캐소드 전극 위에 세라믹(SnO2)이 있음을 화학적/결정구조로 확인한 이미지이다.
도 7a 내지 도 7c에는 본 발명의 박막형 SOFC 스택에서 코팅두께를 달리했을 때 열환경에 따른 표면 변화를 온도별, 두께별 분석한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 박막형 SOFC 스택에서 캐소드 전극 상에 세라믹(SnO2)이 화살표 사이에 존재함을 확인한 전자현미경 이미지이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100: 박막형 SOFC 스택 110: 애노드 전극
120: 전해질 130: 캐소드 전극
132: 코팅층
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"라는 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 의한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택에 대한 실시 예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명에 의한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택이 측단면도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 박막형 SOFC 스택에서 캐소드 전극 상에 코팅층이 형성된 상태가 사진으로 나타나 있으며, 도 5에는 본 발명에 의한 박막형 SOFC 스택에서 캐소드 전극 상에 응집(Agglomeration)이 발생된 상태와 코팅층에 의해 응집 현상이 개선된 상태가 사진으로 나타나 있다.
이들 도면에 의하면, 본 발명의 일실시 예에 의한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택(100)은 애노드 전극(110), 전해질(120), 캐소드 전극(130) 및 코팅층(132)을 포함한다.
여기서, 애노드 전극(110) 및 캐소드 전극(130)은 전기화학반응이 일어날 수 있도록 넓은 표면적을 제공하되, 이때 발생하는 전자의 이동통로를 제공하는 기능을 하며, 전해질(120)은 전극 사이에서 이온의 이동통로를 제공하지만 전자의 이동은 차단하고 연료와 산소를 분리하는 기능을 하고, 상기 촉매에 의해 형성된다.
애노드 전극(Anode electrode: 110)은 고성능 촉매인 팔라듐(Pd) 등의 재질로 형성되는 연료극이다.
전해질(120)은 애노드 전극(110)의 상에 적층되되, 고밀도 전해질(Dense electrolyte)로, 지르코늄 산화물(ZrxOy), 세륨 산화물(CexOy), 란타늄 갈레이트(Lanthanum Gallate), 바륨 세레이트(Barium Cerate), 바륨 지르코네이트(Barium Zirconate), 비스무스(Bismuth) 계열 산화물 또는 상기 재료들의 여러 도핑(doping)상과 같은 산소 이온 전도체(Oxygen ion conducting materials), 혹은 프로톤 전도체(Proton conducting materials) 등의 이온 전도체를 포괄하는 범주에서 선택하여 사용할 수 있다. 여기서, 전해질(120)은 이트륨이 도핑된 바륨 지 르코네이트[BYZ, Y-doped Barium Zirconate(Y-doped BaZrO3)] 등으로 형성된다.
캐소드 전극(Cathode electrode: 130)은 전해질(120)의 상면에 형성되며, 애노드 전극층(110)과 동일한 고성능 촉매인 플래티넘(Pt) 등의 재질로 형성되는 공기극이다.
여기서, 상기 애노드 전극(110)과 상기 캐소드 전극(130)은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)과 같은 화학 기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition) 등에 의해 형성되는 금속 전극이다.
코팅층(132)은 캐소드 전극(130)의 표면(상면)에 형성되어 고체 산화물 연료전지의 작동시 높은 작동 온도로부터 응집(Agglomeration) 현상을 최소화할 수 있게 하는 기능을 한다. 여기서, 상기 코팅층(132)은 금속 산화물과 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-stabilized zirconia, YSZ), 산화지르코늄(ZrO2), 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3) 등에서 선택되며, 좀더 세부적으로는 세라믹(SnO2) 또는 산화주석(tin oxide) 세라믹 등으로 형성되며, 두께는 1~10㎚이고, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)과 같은 화학 기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition) 등에 의해 형성된다.
더욱이, 상기 코팅층(132)의 증착 두께는 상기 두께가 두꺼워짐에 따라 표면이 매끄럽긴 하지만, 표면의 작은 구멍(pore)들이 막힐 수 있으므로 1~10㎚ 범위, 바람직하게는 10㎚ 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 코팅층(132)은 애노드 전극(110)의 표면(저면)에도 선택적으로 형성될 수 있으며, 캐소드 전극(130)에 형성된 코팅층(132)과 동일한 재질, 동일한 두께 및 동일한 방법 등으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 코팅층(132)의 코팅 농도(doping rate) 범위는 10~20% 구간 내에 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로 캐소드 전극 상에 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 코팅하는데 YSZ의 코팅 농도가 8 mole% 정도이나 이것은 전해질에서의 최적 농도이고, 전극쪽에서는 코팅 농도가 좀 더 높은 것이 바람직하다.
도 5a 내지 도 5d는 600℃에서 10시간을 둔 뒤에 표면 백금 응집(Agglomeration) 변화를 나타낸 전자현미경 이미지로, 도 5a에는 본 발명의 박막형 SOFC 스택에서 캐소드 전극 상에 응집이 발생된 상태가 사진으로 나타나 있고, 도 5b, 도 5c, 도 5d에는 코팅층에 의해 응집 현상이 개선된 상태가 사진으로 나타나 있다.
도 5a 사진은 순수한 백금 전극이 고온(600℃)에서 응집이 발생한 이미지이고, 도 5b, 도 5c, 도 5d 사진은 산화주석(tin oxide) 세라믹을 코팅함으로써 응집 현상이 개선된 것을 전자현미경으로 확인한 결과 이미지이다.
도 6에는 본 발명의 박막형 SOFC 스택에서 투과전자현미경으로 분석한 캐소드 전극 위에 세라믹(SnO2)이 있음을 화학적/결정구조로 확인한 이미지이고, 도 7a 내지 도 7c에는 본 발명의 박막형 SOFC 스택에서 코팅두께를 달리했을 때 열환경에 따른 표면 변화를 온도별, 두께별 분석한 결과로, 코팅한 샘플과 코팅하지 않은 샘플의 차이가 있음을 확인할 수 있다.
이때, 도 7a는 300℃에서 10시간 노출하였을 때의 표면 백금 응집 변화를 나타낸 이미지이고, 도 7b는 400℃에서 10시간 노출하였을 때의 표면 백금 응집 변화를 나타낸 이미지이며, 도 7c는 500℃에서 10시간 노출하였을 때의 표면 백금 응집 변화를 나타낸 이미지이다.
그리고 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 박막형 SOFC 스택에서 캐소드 전극 상에 세라믹(SnO2)이 화살표 사이에 존재함을 확인한 전자현미경 이미지 결과이다.
그러므로 본 발명에 의한 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택(100)은 캐소드 전극(130)의 표면상에 형성된 세라믹 코팅층인 코팅층(132)에 의해 높은 작동 온도로부터 응집(Agglomeration) 현상을 최소화할 수 있어 수명 및 내구성이 향상된다.
여기서, 캐소드 전극(130)은 반응률을 높이기 위해서 표면을 울퉁불퉁하게 가공하게 되는데 전극의 재질이 금속이므로 고온인 연료전지의 작동 온도에 의해 일정 시간이 지나면 열에 의한 뭉침 현상이 발생하게 된다. 이때, 상기 캐소드 전극(130)의 표면에 코팅층(132)을 형성하는 경우 주로 응집 현상이 일어나는 함몰 부위 내부를 코팅하므로 상기 함몰 부위를 상기 코팅층(132)을 통해 지탱하게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 애노드 전극;
    상기 애노드 전극 상에 적층되는 전해질;
    상기 전해질 상에 적층되는 캐소드 전극; 및
    상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 중 적어도 하나의 표면에 형성되어 응집(Agglomeration) 현상을 방지하는 코팅층을 포함하는 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 금속 산화물 또는 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-stabilized zirconia, YSZ) 또는 산화지르코늄(ZrO2) 또는 산화이트륨(Y2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 중에 선택되는 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅층은 10㎚ 미만의 두께로 형성되는 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 코팅층은 화학 기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성되는 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 코팅층의 코팅 농도(doping rate)는 10~20% 범위인 응집현상 감소를 위한 박막형 SOFC 스택.
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