KR101424701B1 - The segment-in-series type sofc module and the method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 다공성 평관형 지지체, 상기 다공성 평관형 지지체 상에 형성된 연료극, 전해질층, 공기극 및 연결재를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에 있어서, 상기 공기극은, LSCF-GDC층, LSCF층, LSCF-LSCo층 및 LSCo층이 순차적으로 적층된 다층구조를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 평관형 지지체를 형성하고, 상기 평관형 지지체 상에 연료극을 형성하며, 상기 연료극 상에 전해질층을 형성하고, 상기 전해질층 상에 공기극을 형성하며, 상기 공기극 외측에 위치하고, 단위 셀의 연료극과 다른 단위 셀의 공기극을 전기적으로 연결시켜 단위 셀들간의 전기적 소통을 가능하게 하는 연결재를 형성하는 것을 포함하되, 상기 전해질층 상에 공기극을 형성하는 공정은, LSCF-GDC 복합분말, LSCF, LSCF-LSCo 복합분말 및 LSCo를 이용하여 각각의 페이스트를 형성하고, 각각 형성된 LSCF-GDC 복합분말 페이스트, LSCF 페이스트, LSCF-LSCo 복합분말 페이스트 및 LSCo 페이스트를 순차적으로 상기 전해질층 상에 코팅하며, 상기 코팅된 페이스트를 열처리하는 공정을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a segmented solid oxide fuel cell module including a porous flat tubular support, a fuel electrode formed on the porous tubular support, an electrolyte layer, an air electrode, and a coupling member, The air electrode may provide a segmented solid oxide fuel cell module including a multilayer structure in which an LSCF-GDC layer, an LSCF layer, an LSCF-LSCo layer and an LSCo layer are sequentially laminated.
According to another embodiment of the technical idea of the present invention, the present invention provides a fuel cell comprising a flat tubular support, forming a fuel electrode on the flat tubular support, forming an electrolyte layer on the fuel electrode, And forming a connection member located outside the air electrode and electrically connecting the fuel electrode of the unit cell and the air electrode of the other unit cell to enable electrical communication between the unit cells, wherein an air electrode is formed on the electrolyte layer LSCF-LSCF composite powder, LSCF-LSCo composite powder and LSCo were used to form respective pastes, and LSCF-GDC composite powder paste, LSCF paste, LSCF-LSCo composite powder paste and LSCo paste And a step of heat-treating the coated paste, wherein the segmented solid oxide It is possible to provide a manufacturing method of a fuel cell module.

Description

세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈 및 그 제조방법{THE SEGMENT-IN-SERIES TYPE SOFC MODULE AND THE METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a segmented solid oxide fuel cell module,

본 발명은 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공기극을 전도성이 높은 물질로 형성하여 성능을 향상시킨 세그먼트 고체산화물 연료전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a segmented solid oxide fuel cell module, and more particularly, to a segmented solid oxide fuel cell module in which an air electrode is formed of a highly conductive material to improve its performance and a method of manufacturing the same.

고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 상기 SOFC는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(700~1000℃)에서 작동한다. 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 또한, 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다.BACKGROUND ART A solid oxide fuel cell (SOFC) is a fuel cell that uses a solid oxide capable of permeating oxygen or hydrogen ions as an electrolyte. The SOFC has the highest temperature (700 to 1000 ° C) Lt; / RTI > Because all the components are solid, their structure is simple compared to other fuel cells, and there is no electrolyte loss or replacement and corrosion problems. In addition, since it operates at a high temperature, a noble metal catalyst is not required, and fuel supply through direct internal reforming is easy. It also has the advantage of heat-combined power generation using waste heat to discharge high-temperature gas.

일반적인 SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(양극, cathode) 및 연료극(음극, anode)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 것이 기본 작동원리이다.A typical SOFC consists of an oxygen ion conducting electrolyte, an anode (cathode) and an anode (anode) located on both sides thereof. Oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen in the air electrode move to the fuel electrode through the electrolyte and react with the hydrogen supplied to the fuel electrode to generate water. At this time, electrons are generated in the fuel electrode and electrons are consumed in the air electrode. The basic operation principle is to connect the electrodes to each other to generate a current.

SOFC는 전해질과 전극이 고체 상태이기 때문에 여러 가지 형태의 셀(cell)로 제조가 가능하고, 연료전지의 지지체(support)에 따라서 연료극 지지체식과 공기극 지지체식 및 전해질 지지체식으로 분류된다.Since the electrolyte and the electrode are in a solid state, the SOFC can be manufactured into various types of cells and classified into an anode support type and an air cathode support type and an electrolyte support type according to a support of a fuel cell.

평판형 SOFC는 전력 밀도와 생산성이 높고 전해질 박막화가 가능하나 별도의 밀봉재를 이용한 기체 밀봉이 요구되는 단점이 있고, 고온에서 금속연결재를 사용하기 때문에 크롬 휘발로 인해 전극 효율이 저하되는 문제가 있으며, 열 사이클에 대한 저항성이 낮아 신뢰성이 부족하다는 단점이 있다. 더욱이, 평판형 SOFC는 대면적 셀의 제조가 어려울 뿐만 아니라 대용량 스택(stack)의 제작도 쉽지 않기 때문에, 이러한 문제를 해결하는 것이 실용화의 관건이 된다.The flat plate type SOFC has high power density and high productivity and it is possible to make the electrolyte thinner. However, there is a disadvantage that gas sealing using a separate sealing material is required, and electrode efficiency is lowered due to chromium volatilization because of using metal connecting material at high temperature. There is a disadvantage that reliability is low due to low resistance to thermal cycles. Furthermore, it is difficult to fabricate a large-area cell and a large-capacity stack can not be easily fabricated. Therefore, it is a practical matter to solve such a problem.

원통형 SOFC의 경우는 기체 밀봉이 불필요하고 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라 여러 가지 시험 항목에서 신뢰성이 검증되었기 때문에, 상용화에 가장 근접한 SOFC 디자인으로 평가받고 있다. 그러나, 원통형 SOFC는 전류의 이동 경로가 길기 때문에 내부저항이 높고 출력밀도가 낮은 단점이 있다. 또한, 셀의 집합체인 모듈에서 출력되는 전압이 낮기 때문에 운전 중 전력변환 손실이 크며, 그 결과 효율이 떨어진다는 취약점이 있다.In the case of cylindrical SOFC, gas sealing is unnecessary, mechanical strength is excellent, and reliability is verified in various test items. Therefore, it is evaluated as SOFC design closest to commercialization. However, the cylindrical SOFC has a disadvantage in that the internal resistance is high and the output density is low because the current path of the current is long. In addition, there is a weak point that power conversion loss is large during operation because the voltage output from the module, which is an aggregate of cells, is low, and as a result, the efficiency is low.

한편, 기존의 발전용 SOFC 셀 형태의 단점을 보완하는 개량 셀 형태 중 세그먼트형 고체산화물 연료전지(segment-in-series type SOFC)는 가장 장점이 많고 경제성이 우수한 형태의 것으로서, 기존의 단전지 관형 셀을 마디형으로 여러 개의 셀로 분리 제작한 구조로 이루어져 있다. 이 세그먼트형 SOFC 셀은 단위 전지들이 직렬 형태로 연결된 모듈이기 때문에 고전압 저전류 출력으로 고효율의 발전이 가능하고, 스택의 부피를 감소시킬 수 있어 시스템을 간략화할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the segment-in-series type SOFC of the modified cell type which complements the disadvantages of the conventional type of SOFC for power generation is the most advantageous and economical type, The cell is divided into several cells in the form of a bar. Since the segmented SOFC cell is a module in which unit cells are connected in series, it is possible to generate high efficiency with a high voltage and low current output, reduce the volume of the stack, and simplify the system.

또한, 이외에도 세그먼트형 SOFC 셀은 스택 제조 비용이 절감되고, 대량 생산이 가능한 저가의 습식 코팅 공정을 적용할 수 있으며, 원통형 셀의 모서리 부분만 가스 밀봉을 하면 되므로 가스 밀봉 문제를 극소화할 수 있고, 원통형 셀 지지체 길이의 증대를 통한 대면적화가 용이하다는 장점 등이 있다.
In addition, the segment type SOFC cell can be applied to a low-cost wet coating process which can reduce the manufacturing cost of the stack and mass-produce the gas. Therefore, the problem of gas sealing can be minimized because only the edge portion of the cylindrical cell is gas- And it is easy to increase the area by increasing the length of the cylindrical cell support.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 세그먼트형 SOFC의 공기극에 고전도성 공기극 소재를 사용하여 저항 손실 요인으로 작용하는 전류 방향으로의 전압강하(IR-Drop)를 감소시킬 수 있는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.DISCLOSURE Technical Problem The present invention aims to provide a segmented solid oxide fuel cell capable of reducing a voltage drop (IR-Drop) in a current direction acting as a resistance loss factor by using a highly conductive cathode material for an air electrode of a segmented SOFC Module and a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 고전도성 공기극 소재를 사용하여 공기극 분극 저항 및 옴 저항을 감소시켜 고출력의 밀도를 얻을 수 있는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈용 공기극을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide an air electrode for a segmented solid oxide fuel cell module which can obtain a high output density by reducing the polarization resistance of the air pole and the ohmic resistance by using a high conductivity cathode material.

본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The various problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 다공성 평관형 지지체, 상기 다공성 평관형 지지체 상에 형성된 연료극, 전해질층, 공기극 및 연결재를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에 있어서, 상기 공기극은, LSCF-GDC층, LSCF층, LSCF-LSCo층 및 LSCo층이 순차적으로 적층된 다층구조를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a segmented solid oxide fuel cell module including a porous flat tubular support, a fuel electrode formed on the porous tubular support, an electrolyte layer, an air electrode, and a coupling member, The air electrode may provide a segmented solid oxide fuel cell module including a multilayer structure in which an LSCF-GDC layer, an LSCF layer, an LSCF-LSCo layer and an LSCo layer are sequentially laminated.

본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 평관형 지지체를 형성하고, 상기 평관형 지지체 상에 연료극을 형성하며, 상기 연료극 상에 전해질층을 형성하고, 상기 전해질층 상에 공기극을 형성하며, 상기 공기극 외측에 위치하고, 단위 셀의 연료극과 다른 단위 셀의 공기극을 전기적으로 연결시켜 단위 셀들간의 전기적 소통을 가능하게 하는 연결재를 형성하는 것을 포함하되, 상기 전해질층 상에 공기극을 형성하는 공정은, LSCF-GDC 복합분말, LSCF, LSCF-LSCo 복합분말 및 LSCo를 이용하여 각각의 페이스트를 형성하고, 상기 형성된 LSCF-GDC 복합분말 페이스트, LSCF 페이스트, LSCF-LSCo 복합분말 페이스트 및 LSCo 페이스트를 순차적으로 상기 전해질층 상에 코팅하며, 상기 코팅된 페이스트를 열처리하는 공정을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법을 제공할 수 있다.
According to another embodiment of the technical idea of the present invention, the present invention provides a fuel cell comprising a flat tubular support, forming a fuel electrode on the flat tubular support, forming an electrolyte layer on the fuel electrode, And forming a connection member located outside the air electrode and electrically connecting the fuel electrode of the unit cell and the air electrode of the other unit cell to enable electrical communication between the unit cells, wherein an air electrode is formed on the electrolyte layer LSCF-LSCF composite powder, LSCF-LSCo composite powder and LSCo are used to form respective pastes, and the formed LSCF-GDC composite powder paste, LSCF paste, LSCF-LSCo composite powder paste and LSCo paste And a step of heat-treating the coated paste, wherein the segmented solid oxide It is possible to provide a manufacturing method of a fuel cell module.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈은 세그먼트형 SOFC의 공기극을 고전도성 공기극 소재를 사용하여 저항 손실 요인으로 작용하는 전류 방향으로의 전압강하(IR-Drop)를 감소시킬 수 있다.In the segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention, the air electrode of a segmented SOFC is divided into a current-direction voltage drop (IR-Drop) acting as a resistance loss factor by using a high- .

또한, 고전도성 공기극 소재를 사용함으로써 공기극의 분극 저항 및 옴 저항을 감소시켜 고출력의 밀도를 얻을 수 있다.Also, by using a highly conductive cathode material, the polarization resistance and ohmic resistance of the air electrode can be reduced to obtain a high output density.

본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들은, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
It will be appreciated that various embodiments of the inventive concepts of the present invention can provide various effects not specifically mentioned.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 개략적인 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 단위 셀에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 복수 개의 유로가 형성된 평관형 지지체를 예시적으로 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 평관형 지지체의 제조 순서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 평관형 지지체가 압출되는 모습을 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 항온항습기를 이용한 3YSZ 평관형 지지체의 건조 방식을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 평관형 지지체의 가소결 승온 조건을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법을 보여주는 사진이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따라 제작된 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 사진이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC 단위 셀의 미세구조 사진이다.
도 11은 공기극에서 LSCo를 적용한 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 온도별 성능곡성을 나태내는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 공기극에서 LSCo를 적용한 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 AC 임피던스 곡선 및 분극저항, 옴저항을 분석한 그래프이다.
도 13은 공기극에서 LSCF 75㎛와 LSCo 27㎛를 적용한 세그먼트형 SOFC의 AC 임피던스 곡선을 비교하는 그래프이다.1 is a schematic partial perspective view of a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a unit cell of the segmented solid oxide fuel cell module taken along line AA 'of FIG. 1; FIG.
3 is a photograph exemplarily showing a flat tubular support having a plurality of flow paths formed therein in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view illustrating a manufacturing procedure of a flat tubular support in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
5 is a photograph showing a flat tubular support being extruded in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating a drying method of a 3YSZ flat tubular support using a thermo-hygrostat in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating a temperature increase rate of a flat tubular support in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention; FIG.
8 is a photograph showing a method of manufacturing a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph of a 5-cell segment SOFC fabricated according to an embodiment of the present invention.
10 is a microstructure photograph of a 5-cell segment SOFC unit cell according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the performance curves of 5-cell segment type SOFCs applying LSCo at the air electrode.
12A and 12B are graphs showing AC impedance curves, polarization resistance, and ohmic resistance of a 5-cell segment type SOFC using LSCo in the air electrode.
13 is a graph comparing AC impedance curves of a segmented SOFC applying LSCF 75 m and LSCo 27 m at the air electrode.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. '및/또는'은 언급된 구성요소의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. &Quot; and / or " include each and every combination of one or more of the components mentioned.

공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '위(above)' 또는 '상부(upper)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '아래(below)' 또는 '아래(beneath)'에 놓여질 수 있다.Spatially relative terms such as 'below', 'beneath', 'lower', 'above' and 'upper' May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation. For example, when inverting an element shown in the figures, an element described as 'above' or 'upper' of another element may be referred to as 'below' or 'beneath' '.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 예시도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to exemplary embodiments of the present invention. In the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective description of the technical content. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in the shapes that are generated according to the manufacturing process. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific types of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것이다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are exaggerated for clarity of the present invention.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 동일한 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The same terms as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having the meaning consistent with the meaning in the context of the related art and are to be construed as being ideally or in an excessively formal sense unless expressly defined in the present application Do not.

명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Accordingly, although the same reference numerals or similar reference numerals are not mentioned or described in the drawings, they may be described with reference to other drawings. Further, even if the reference numerals are not shown, they can be described with reference to other drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에 대한 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 개략적인 부분 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 단위 셀에 대한 개략적인 단면도이며, 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 복수 개의 유로가 형성된 평관형 지지체를 예시적으로 보여주는 사진이다.
FIG. 1 is a schematic partial perspective view of a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of a unit of a segmented solid oxide fuel cell module cut along line AA ' FIG. 3 is a photograph illustrating a flat tubular support having a plurality of flow paths formed in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈은 지지체(11), 연료극(12), 전해질층(13), 공기극(14) 및 연결재(15)를 포함할 수 있다.1 and 2, the segmented solid oxide fuel cell module may include a support 11, a fuel electrode 12, an electrolyte layer 13, an air electrode 14, and a connection member 15.

상기 지지체(11)는 다공성의 평관형 지지체일 수 있다. 상기 지지체(11)는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 연료 가스의 유로(8)이며, 하기에서 설명될 연료극(12)을 코팅하는 지지체 역할을 한다. 상기 지지체(11)는 복수의 단위 셀(5)을 연결하므로 비전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 지지체(11)는 평탄부(11a), 곡률부(11b) 및 연료 유로(8)를 포함할 수 있다.The support 11 may be a porous tubular support. The support 11 is a flow path 8 for the fuel gas in the segmented solid oxide fuel cell module and serves as a support for coating the fuel electrode 12 to be described later. The support 11 connects the plurality of unit cells 5 and can be formed of a non-conductive material. The support 11 may include a flat portion 11a, a curved portion 11b, and a fuel passage 8.

상기 평탄부(11a) 상에는 연료극(12), 전해질층(13), 공기극(14) 및 연결재(15)를 포함하는 단위 셀(5)이 위치할 수 있다.A unit cell 5 including a fuel electrode 12, an electrolyte layer 13, an air electrode 14, and a connection member 15 may be disposed on the flat portion 11a.

상기 곡률부(11b)는 상기 평탄부(11a) 양단에 형성되고, 일정한 반경의 곡률을 가지도록 형성될 수 있다.The curvature portion 11b may be formed at both ends of the flat portion 11a and may have a curvature of a predetermined radius.

상기 연료 유로(8)는 상기 지지체(11) 내부에 중공부가 형성되고, 상기 연료 유로(8)를 통하여 연료가 공급되어 흐를 수 있다. 상기 연료 유로(8)는 단면이 원형으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 3을 참조하면, 상기 연료 유로(8)는 곡률 반경이 다른 타원형으로 구성될 수 있으며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 변경을 가할 수 있다.The fuel passage 8 is formed with a hollow portion inside the support 11, and fuel can be supplied through the fuel passage 8. The fuel passage 8 may have a circular section, but is not limited thereto. Referring to FIG. 3, the fuel passage 8 may have an elliptic shape having a different radius of curvature, and may be easily modified by those skilled in the art.

상기 연료극(anode)(12)은 상기 지지체(11) 상에 위치할 수 있다. 상기 연료극(12)은 산화니켈(NiO) 분말과 스칸듐(Sc) 안정화 지르코니아(ScSZ) 분말을 5:5로 정량한 후에 용매(α-Terpineol) 및 바인더(Ethyl cellulose) 등과 함께 고속 믹서기로 혼합하여 연료극 페이스트를 제작하고, 상기 연료극 페이스트를 상기 지지체(11) 상에 코팅하여 형성할 수 있다.The anode 12 may be located on the support 11. The fuel electrode 12 was prepared by mixing nickel oxide (NiO) powder and scandium (Sc) stabilized zirconia (ScSZ) powder in a ratio of 5: 5 and then mixing the mixture with a solvent such as? -Terpineol and a binder An anode paste is formed, and the anode paste is coated on the support 11.

상기 전해질층(13)은 상기 연료극(12) 상에 위치할 수 있다. 상기 전해질층(13)은 상기 연료극(12)과 공기극(14) 사이에 위치하며, 상기 연료극(12)과 공기극(14) 사이의 전자 중개 역할 및 연료 가스와 산소 함유 가스의 누출을 방지하는 기능을 할 수 있다.The electrolyte layer 13 may be located on the anode 12. The electrolyte layer 13 is located between the fuel electrode 12 and the air electrode 14 and functions as an electron mediator between the fuel electrode 12 and the air electrode 14 and a function of preventing the leakage of the fuel gas and the oxygen- can do.

상기 공기극(cathode)(14)은 상기 전해질층(13) 상에 위치할 수 있다. 상기 공기극(14)은 LSCF-GDC층, LSCF층, LSCF-LSCo층 및 LSCo층이 순차적으로 적층된 다층구조로 형성할 수 있다.The cathode 14 may be positioned on the electrolyte layer 13. The air electrode 14 may have a multi-layer structure in which an LSCF-GDC layer, an LSCF layer, an LSCF-LSCo layer, and an LSCo layer are sequentially laminated.

상기 연결재(15)는 세그먼트형 고체산화물 연료전지에서 단위 셀(5)의 연료극(12)과 다른 단위 셀(5)의 공기극(14)을 전기적으로 연결시키기 위해 형성될 수 있다. 상기 연결재(15)는 은-유리(Ag-Glass) 페이스트를 사용하여 형성할 수 있으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
The connecting member 15 may be formed to electrically connect the fuel electrode 12 of the unit cell 5 and the air electrode 14 of the other unit cell 5 in the segmented solid oxide fuel cell. The connection member 15 may be formed using Ag-Glass paste, but any material conventionally used in the technical field of the present invention can be used without limitation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of a method of manufacturing a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 평관형 지지체의 제조 순서를 개략적으로 나타낸 모식도이고, 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 평관형 지지체가 압출되는 모습을 보여주는 사진이며, 도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 항온항습기를 이용한 3YSZ 평관형 지지체의 건조 방식을 나타내는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 평관형 지지체의 가소결 승온 조건을 나타내는 그래프이다.
FIG. 4 is a schematic view illustrating a manufacturing procedure of a flat tubular support in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross- FIG. 6 is a photograph showing a state in which a flat tubular support is extruded in a solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a photograph of a 3YSZ flat tubular support using a thermo-hygrostat in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph illustrating a temperature increase rate of a flat tubular support in a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

먼저, 도 4를 참조하면, 균일화 및 분말화된 3 몰% 이트리아 안정화 지르코니아(3YSZ)를 주원료로 사용하고, 기공 형성제로서 활성탄(Active Carbon) 분말을 사용하여, 3YSZ 100wt%에 대하여 활성탄 분말을 10 ~ 15wt%를 혼합할 수 있다. 상기 활성탄 분말이 10wt% 미만일 경우에는 상기 평관형 지지체의 기공률이 저하되는 문제가 있고, 15wt%를 초과하면 기공률은 높아지지만 압축강도가 저하되는 문제가 생길 수 있다.First, referring to FIG. 4, an activated carbon powder was used as a main raw material and 3 mol% yttria stabilized zirconia (3YSZ) as a pore forming agent, Can be mixed with 10 to 15 wt%. If the amount of the activated carbon powder is less than 10 wt%, the porosity of the flat tubular support decreases. If the amount of the activated carbon powder is more than 15 wt%, the porosity increases, but the compressive strength may decrease.

이어서, 상기 혼합된 3YSZ와 활성탄 분말의 혼합물을 슬러리 상태로 하여 습식 볼 밀링(ball milling)에 의해 균일화할 수 있다. 상기 균일화 과정은 에탄올을 용매로 사용할 수 있는데, 상기 에탄올은 건조가 빠르기 때문에 볼 밀링 후 건조기에서 건조될 때 작업 효율이 증대될 수 있다. 예를 들어, 상기 볼 밀링 공정은 고순도 지르코니아 볼을 이용하여 1 주간 습식 볼 밀링을 함으로써, 상기 3YSZ와 활성탄 분말의 혼합물을 최대한 균일하게 할 수 있다.Then, the mixture of the mixed 3YSZ and activated carbon powder may be made into a slurry state by wet ball milling. The uniformization process can use ethanol as a solvent. Since the ethanol is dried quickly, the efficiency of the operation can be increased when dried in a dryer after ball milling. For example, in the ball milling process, a mixture of 3YSZ and activated carbon powder can be made as uniform as possible by wet ball milling for one week using a high purity zirconia ball.

다음, 균일화된 상기 3YSZ와 활성탄 분말의 혼합물을 건조기(Hot Box)에서 건조할 수 있다. 예를 들어, 상기 건조 공정은 건조기(Hot Box)에서 90℃의 온도에서 24 시간 동안 진행할 수 있다.Next, the mixture of the homogenized 3YSZ and activated carbon powder can be dried in a hot box. For example, the drying process may be carried out in a hot box at a temperature of 90 ° C for 24 hours.

그 다음, 분말화된 3YSZ와 활성탄 분말의 혼합물에 바인더(Binder), 가소제(Plasticizer), 윤활제(Lubricant) 및 용매를 첨가하여 혼련(Mixing)을 함으로써, 페이스트를 형성할 수 있다. 상기 바인더는 수계종합바인더인 YB-13D를 사용할 수 있다. 상기 바인더는 분말화된 혼합물을 결합시키는 역할을 함과 동시에 활성탄과 함께 기공을 형성하는 역할을 할 수 있다. 상기 용매는 증류수(Distilled Water)일 수 있다.Then, a paste can be formed by adding a binder, a plasticizer, a lubricant and a solvent to the mixture of the powdered 3YSZ and the activated carbon powder and mixing them. The binder may be an aqueous binder YB-13D. The binder serves to bind the powdered mixture and to form pores together with activated carbon. The solvent may be distilled water.

이어서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 페이스트를 압출기를 이용하여 평관형 지지체로 압출할 수 있다. 상기 압출 공정은 압출 전에 상기 페이스트의 수분이 고르게 분포되도록 한 후 압출 성형할 수 있다. 예를 들어, 24시간 동안 냉장 숙성한 후 압출 성형할 수 있다.Next, referring to FIGS. 4 and 5, the paste can be extruded into a flat tubular support using an extruder. The extrusion process may be performed after the moisture of the paste is evenly distributed before extrusion. For example, it can be extruded after being aged in a refrigerator for 24 hours.

다음, 상기 압출된 평관형 지지체를 건조할 수 있다. 상기 압출된 평관형 지지체는 건조시, 용매의 증발에 의한 휨 현상이나 균열이 발생할 수 있는데, 용매인 수분 증발의 편차에 의한 휨 현상이나 균열을 방지하기 위하여 항온항습기를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 항온항습기를 이용한 평관형 지지체의 건조는 습도 90%, 온도 50℃에서 한 시간 간격으로 10℃씩 승온 후, 90℃에서 24시간 동안 건조하고, 습도를 0%까지 순차적으로 낮출 수 있다.Next, the extruded flat tubular support can be dried. The extruded flat tubular support may have warpage or cracks due to evaporation of the solvent during drying. In order to prevent warpage or cracking due to variation in the evaporation of water, which is a solvent, a thermo-hygrostat may be used. For example, as shown in FIG. 6, the flat tubular support using the thermo-hygrostat was dried at 90 ° C. for 24 hours at a temperature of 50 ° C., Humidity can be sequentially lowered to 0%.

그 다음, 상기 건조된 평관형 지지체를 가소결할 수 있다. 상기 가소결 공정은 상기 평관형 지지체에 형성된 첨가물을 제거하고, 연료극의 코팅 공정에 필요한 강도를 부여할 수 있다. 예를 들어, 상기 가소결 공정은 1100℃에서 3 시간 동안 진행할 수 있다. 상기 가소결 공정 조건은 주 첨가물인 활성탄과 바인더의 연소와 관련이 있는데, 승온 조건을 빠르게 한 경우 활성탄과 바인더의 연소에 의한 가스로 인해 내부의 균열이 발생하거나 연소가스가 발화되어 국부적인 열 충격으로 인한 지지체 파손을 초래할 수 있다. 따라서, 활성탄과 바인더를 천천히 연소시켜 가스 발생을 분산시키고, 상기 평관형 지지체의 입자 성장 시간을 주어 제작 공정에서 요구되는 기계적 강도를 갖도록 할 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 가소결 공정은 25℃에서 200℃까지는 시간당 0.67℃/min 승온 후 5 시간 온도 유지하고, 200℃에서 300℃까지는 시간당 0.17℃/min으로 승온한 후 5 시간 온도 유지하는데, 상기 평관형 지지체에 남아있는 수분, 첨가물 및 바인더를 천천히 연소하여 지지체의 표면 결함을 억제할 수 있다. 600℃까지는 0.5℃/min으로 승온한 후 5 시간 동안 온도 유지하여 기공형성제인 활성탄이 완전 연소하도록 할 수 있다. 최종적으로 1100℃까지 1.67℃/min으로 승온하여 3 시간 동안 가소결할 수 있다.The dried flat tubular support may then be plasticized. In the plasticizing step, the additive formed on the flat tubular support may be removed, and the strength required for the coating process of the anode may be imparted. For example, the plasticizing process may proceed at 1100 ° C for 3 hours. The plasticizing process condition is related to the combustion of activated carbon and the binder, which are the main additives. When the temperature is increased rapidly, internal cracks occur due to the combustion of the activated carbon and the binder, or combustion gas is ignited, Resulting in damage to the support. Therefore, the activated carbon and the binder are slowly burned to disperse the gas generation, and the particle growth time of the flat tubular support can be given to have the mechanical strength required in the production process. Referring to FIG. 7, the plasticizing process is performed at a temperature of 25 ° C. to 200 ° C. for 5 hours after the temperature rise of 0.67 ° C./min, and the temperature is increased from 200 ° C. to 300 ° C. at a rate of 0.17 ° C./min. , The moisture remaining in the flat tubular support, the additives and the binder may be burned slowly to suppress the surface defects of the support. The temperature is raised to 0.5 ° C / min up to 600 ° C, and then the temperature is maintained for 5 hours so that the activated carbon which is the pore forming agent can be completely burned. Finally, the temperature is elevated to 1,100 ° C at 1.67 ° C / min and plasticization can be performed for 3 hours.

이어서, 상기 가소결된 평관형 지지체를 1350~1450℃에서 소결함으로써, 평관형 지지체를 완성할 수 있다.
Subsequently, the flattened flat support is sintered at 1350 to 1450 ° C to complete the flattened support.

도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법을 보여주는 사진이고, 도 9는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따라 제작된 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 사진이다.FIG. 8 is a photograph showing a method of manufacturing a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view of a 5-cell cell fabricated according to an embodiment of the present invention. This is a photograph of a segmented SOFC.

먼저, 도 8을 참조하면, 상기 평관형 지지체(11) 상에 연료극(12)을 형성할 수 있다.First, referring to FIG. 8, a fuel electrode 12 may be formed on the flat tubular support 11.

상기 연료극(12)은 스크린 프린트(Screen printing)법으로 형성할 수 있다. 상기 연료극(12)은 산화니켈(NiO)과 스칸듐(Sc) 안정화 지르코니아(ScSZ)를 5:5로 정량한 후 용매(α-Terpineol), 바인더(Ethyl cellulose)와 함께 고속믹서기로 혼합하여 연료극 페이스트를 형성할 수 있다. 상기 연료극(12)은 스크린 마스크를 이용하여 제작된 연료극 페이스트를 3YSZ 가소결 지지체 상에 코팅할 수 있다. 이후, 상기 연료극(12)은 약 900~1100℃ 부근에서 1.5∼4.5 시간 동안 열처리하여 형성할 수 있다.
The anode 12 may be formed by a screen printing method. The fuel electrode 12 was prepared by mixing nickel oxide (NiO) and scandium (Sc) stabilized zirconia (ScSZ) in a ratio of 5: 5 and then mixing the mixture with a solvent (? -Terpineol) and a binder (Ethyl cellulose) Can be formed. The fuel electrode 12 can coat the anode paste made using a screen mask on the 3YSZ plasticity support. Thereafter, the fuel electrode 12 can be formed by heat-treating at about 900 to about 1100 ° C for 1.5 to 4.5 hours.

다음, 상기 연료극(12) 상에 전해질층(13)을 형성할 수 있다.Next, the electrolyte layer 13 may be formed on the anode 12.

도 2, 도 8 및 도9를 참조하면, 상기 전해질층(13)은 연료극(12)과 공기극(14) 사이의 전자 중개 역할을 함과 동시에 연료 가스와 산소 함유 가스의 누출을 방지하는 기능을 하기 때문에 기밀성을 가져야 한다. 상기 전해질층(13)은 지르코니아(ZrO2)계 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질층(13)은 3 내지 15몰의 희토류 원소가 도핑된 지르코니아로 형성될 수 있다. 상기 희토류 원소는 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 등일 수 있다. 또한, 지지체의 재질에 따라 GDC, SDC, ScZ 및 LSGM으로 이루어질 수도 있다. 본 발명에서 상기 연료극(12) 상에 전해질층(13)을 형성하기 위해 진공 슬러리 코팅법을 이용하여 ScSZ를 코팅한 후, 다시 1000℃에서 3 시간 열처리하고, 동일한 방법으로 GDC(C0.9G0.1O)를 코팅한 후 1400℃에서 5 시간 소결할 수 있다. 상기 전해질층(13)은 연결재(15)가 코팅될 부위를 마스킹테이프로 마스킹한 후에 진행될 수 있다.
2, 8 and 9, the electrolyte layer 13 functions as an electronic mediator between the fuel electrode 12 and the air electrode 14, and at the same time has a function of preventing the leakage of the fuel gas and the oxygen- Therefore, it should have airtightness. The electrolyte layer 13 may be formed of a zirconia (ZrO 2 ) -based material. For example, the electrolyte layer 13 may be formed of zirconia doped with 3 to 15 moles of rare earth element. The rare earth element may be Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Also, it may be composed of GDC, SDC, ScZ and LSGM depending on the material of the support. In order to form the electrolyte layer 13 on the anode 12 according to the present invention, ScSZ is coated using a vacuum slurry coating method, followed by heat treatment at 1000 ° C for 3 hours, and GDC (C 0.9 G 0.1 O) and then sintered at 1400 ° C for 5 hours. The electrolyte layer 13 may be formed after masking a portion to be coated with the coupling material 15 with a masking tape.

그 다음, 상기 전해질층(13) 상에 공기극(14)을 형성할 수 있다.Next, the air electrode 14 may be formed on the electrolyte layer 13.

상기 공기극(14)은 스크린 프린트(Screen printing)법으로 형성할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지의 성능은 공기극(14) 집전층(Cathode Current Collect Layer, CCC)에 의한 전압강하(IR-Drop)가 가장 큰 영향을 미칠 수 있다. 상기 세그먼트형 고체산화물 연료전지의 성능은 공기극(14)의 두께를 증가하면 면저항의 감소로 세그먼트형 SOFC의 출력밀도가 증가되고, 고전도성 공기극 집전층 소재를 사용하면 더 높은 출력밀도를 얻을 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지에서 상기 공기극(14)은 높은 전자전도도를 가진 LSCo(La0 .6Sr0 .4Co)를 포함할 수 있다. 상기 공기극(14)은 LSCF-GDC 복합 분말(composite), LSCF, LSCF-LSCo 복합 분말(composite) 및 LSCo를 이용하여 페이스트를 형성한 후, 다층 구조로 형성할 수 있다. 상기 공기극(14)은 스크린 프린트법을 이용하여 상기 전해질층(13) 상에 상기 페이스트를 코팅한 후 열처리하여 형성할 수 있다.
The air electrode 14 may be formed by a screen printing method. The performance of the segmented solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention can be most influenced by the voltage drop (IR-drop) caused by the cathode current collector layer (CCC) have. The performance of the segmented solid oxide fuel cell is such that as the thickness of the air electrode 14 increases, the output density of the segmented SOFC increases due to the decrease of sheet resistance, and a higher output density can be obtained by using the material of the highly conductive air electrode collector layer . The air electrode in a segment type solid oxide fuel cell according to an embodiment of the technical features of the present invention 14 may include a LSCo (La 0 0 .6 Sr .4 Co) having a high electron conductivity. The air electrode 14 may be formed into a multilayer structure by forming a paste using LSCF-GDC composite powder, LSCF, LSCF-LSCo composite powder and LSCo. The air electrode 14 may be formed by coating the paste on the electrolyte layer 13 using a screen printing method and then heat-treating the paste.

이어서, 상기 공기극(14) 외측에 연결재(15)를 형성할 수 있다.Next, a connection member 15 may be formed outside the air electrode 14.

상기 연결재(15)는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 전기적 소통을 위해 형성할 수 있다. 상기 연결재(15)는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에서 단위 셀(5)의 연료극(12)과 다른 단위 셀(5)의 공기극(14)을 전기적으로 연결시켜 단위 셀(5)들간의 전기적 소통을 가능하게 한다. 본 발명에서 상기 연결재(15)는 은-유리(Ag-glass) 페이스트를 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 은-유리 페이스트는 은 분말 53∼57 중량%, 유리 분말 4∼8 중량%, 바인더 3∼6 중량% 및 용매 31∼35 중량%를 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 연결재(15)는 전기적 전도성이 우수해야 하고, 가스 밀봉 특성이 확보되어야 하는데, 은-유리 페이스트에 포함되는 은 분말에 의해 우수한 전기전도성을 나타낼 수 있으며, 유리 분말에 의해 가스 밀봉 효과를 나타낼 수 있다.
The connection member 15 may be formed for electrical communication of the segmented solid oxide fuel cell module. The connection member 15 is formed by electrically connecting the anode 12 of the unit cell 5 and the cathode 14 of the other unit cell 5 in the segmented solid oxide fuel cell module, . In the present invention, the connecting material 15 may be formed by coating an Ag-glass paste. The silver-glass paste may be prepared by mixing 53 to 57% by weight of silver powder, 4 to 8% by weight of glass powder, 3 to 6% by weight of binder and 31 to 35% by weight of solvent. The connection material 15 should have good electrical conductivity and gas sealing properties. The silver powder contained in the silver-glass paste can exhibit excellent electrical conductivity, and can exhibit gas sealing effect by glass powder. have.

본 발명에서 상기 연료극(12), 전해질층(13), 공기극(14)을 형성하기 위한 슬러리의 제조시 사용되는 바인더는 BM1, BM2, PVB 등을 사용할 수 있고, 균일제는 Triton X-100을 사용할 수 있으며, 분산제는 SN-분산제를 사용할 수 있고, 가소제는 디부틸 프탈레이트를 사용할 수 있으며, 그리고 용매는 톨루엔과 이소프로필 알코올의 혼합용매를 사용할 수 있다.BM1, BM2, PVB, etc. may be used in the production of the slurry for forming the fuel electrode 12, the electrolyte layer 13, and the air electrode 14 in the present invention, and Triton X-100 may be used as the homogenizer. Dispersant may be used as the dispersing agent, dibutyl phthalate may be used as the plasticizer, and a mixed solvent of toluene and isopropyl alcohol may be used as the solvent.

상기 연결재(15)를 형성하기 위한 은-유리 페이스트의 제조시 사용되는 바인더로는 메틸 셀룰로오스를 사용할 수 있으며, 용매로는 α-테르피놀(α-terpinol)을 사용할 수 있다.
As the binder used in the preparation of the silver-glass paste for forming the connecting material 15, methyl cellulose may be used. As the solvent,? -Terpinol may be used.

이하, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a method of manufacturing a segmented solid oxide fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

[실시예 1][Example 1]

(1) 평관형 지지체 압출 공정(1) Flat tubular support extrusion process

3YSZ 분말을 사용하여 평관형 지지체를 제조하기 위하여 먼저 기공형성제로 활성탄(Activated Carbon) 분말을 12.1 wt% 로 정량하여 혼합하였다. 혼합된 분말을 에탄올 첨가 후, 고순도 지르코니아 볼을 이용하여 1주간 습식 볼 밀링(ball milling)을 하여 균일하게 한 후 Hot Box에서 90, 24시간 건조를 하였다. 건조 후 100, 200㎛의 크기를 가지는 표준체(sieve)를 이용하여 분쇄, 지지체 분말과 기공형성제가 균일하게 혼합된 혼합분말을 얻었다.In order to prepare a flat tubular support by using 3YSZ powder, activated carbon powder as a pore forming agent was quantified to 12.1 wt% and mixed. The mixed powders were added with ethanol and then ball milled for 1 week using a high purity zirconia ball to make uniform, and dried in a hot box for 90 hours and 24 hours. After drying, the mixture was pulverized using a sieve having a size of 100 μm and 200 μm to obtain a mixed powder in which the support powder and the pore-forming agent were uniformly mixed.

제조된 혼합분말에 수계종합바인더(YB-13D), 가소제(Plasticizer), 윤활제(Lubricant), 용매(증류수)를 첨가하여 압출 페이스트를 제작하였다. 혼련과정은 먼저 혼합 분말과 수계종합바인더를 분말상태로 30분간 혼련(mixing) 후 가소제, 윤활제 및 용매를 증류수와 혼합한 액상용액을 만든 후 균일하게 첨가하였다. 압출용 페이스트를 제작한 후, 제조된 압출 페이스트는 용매가 고르게 분포되도록 24 시간 동안 냉장 숙성한 후 압출 성형하였다.
An extrusion paste was prepared by adding an aqueous synthetic binder (YB-13D), a plasticizer, a lubricant, and a solvent (distilled water) to the mixed powder. In the kneading process, the mixed powder and the aqueous binder were mixed in a powder state for 30 minutes, and then a liquid solution in which plasticizer, lubricant and solvent were mixed with distilled water was prepared and uniformly added. After the extrusion paste was produced, the extrusion paste was extruded after being aged in a refrigerator for 24 hours so that the solvent was evenly distributed.

(2) 평관형 지지체 소결 공정(2) Sintering process of flat tubular support

습도 90%, 온도 50℃에서 한 시간 간격으로 10℃씩 승온 후, 90℃에서 24 시간 동안 건조하였고, 습도를 0%까지 순차적으로 낮추었다.After raising the temperature by 10 ° C at 90% humidity and 50 ° C for one hour, drying was carried out at 90 ° C for 24 hours, and the humidity was gradually lowered to 0%.

건조된 평관형 지지체에서 첨가물을 제거하고, 코팅 공정에 필요한 강도를 부여하기 위해 1100℃에서 3 시간 동안 가소결 하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 25℃에서 200℃까지는 시간당 0.67℃/min 승온 후 5 시간 온도유지, 200℃에서 300℃까지 시간당 0.17℃/min으로 승온 한 후 5 시간 유지하였다. 남아있는 수분, 첨가물 및 바인더를 천천히 연소하여 지지체의 표면 결함을 억제하였다. 600℃까지는 0.5℃/min으로 승온 후, 5 시간 동안 유지하여 기공형성제인 활성탄을 완전 연소하였다. 최종적으로 1100℃까지 1.67℃/min으로 승온하여 3 시간 동안 가소결 하였다.
The additives were removed from the dried flat tubular support and plasticized at 1100 ° C for 3 hours to give the required strength to the coating process. As shown in Fig. 7, the temperature was raised from 25 DEG C to 200 DEG C at a rate of 0.67 DEG C / min for 5 hours, and the temperature was increased from 200 DEG C to 300 DEG C at a rate of 0.17 DEG C / min for 5 hours. Residual moisture, additives and binders were burned slowly to suppress surface defects on the support. After the temperature was raised to 0.5 ° C / min up to 600 ° C, it was maintained for 5 hours to completely burn the activated carbon which is the pore forming agent. Finally, the temperature was elevated to 1,100 ° C at 1.67 ° C / min and plasticization was performed for 3 hours.

(3) 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈 제조 공정(3) Segment-type solid oxide fuel cell module manufacturing process

도 9는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따라 제작된 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 사진이다.9 is a photograph of a 5-cell segment SOFC fabricated according to an embodiment of the present invention.

스크린 프린트법으로 연료극, 공기극 및 인터커넥터를 제작하였고, 진공슬러리 코팅법으로 전해질을 제작하였다. 전해질로 10 mol% Scandia stablized Zirconia(10Sc1CeZr)를 사용하였으며, 공기극과의 반응을 방지하기 위하여 C0.9G0.1O1.95를 사용하였다.An anode, an air electrode and an interconnector were fabricated by screen printing method and an electrolyte was prepared by vacuum slurry coating method. 10 mol% Scandia stabilized Zirconia (10Sc1CeZr) was used as the electrolyte and C 0.9 G 0.1 O 1.95 was used to prevent the reaction with the air electrode.

본 실시예에서 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 유효전극 면적은 4cm2(0.8cm2 x 5 cell)로 제작하였다. 본 실시예에서는 6개의 연료 유로가 형성된 평관형 지지체(폭 24mm)를 사용하였다.In this embodiment, the effective electrode area of the 5-cell segment SOFC is 4 cm 2 (0.8 cm 2 x 5 cell). In this embodiment, a flat tubular support (width 24 mm) having six fuel flow paths was used.

NiO와 ScSZ를 5:5 정량한 후에 용매(α-Terpineol), 바인더(Ethyl cellulose)와 함께 고속믹서기로 혼합하여 연료극 페이스트를 제작하였다. 스크린 마스크를 이용하여 제작된 연료극 페이스트를 3YSZ 가소결 지지체 위에 코팅하였으며, 1000℃에서 3 시간 열처리하였다. 상기 코팅은 스크린 프린트법을 이용하였다.NiO and ScSZ were mixed at a ratio of 5: 5 and then mixed with a solvent (α-Terpineol) and a binder (Ethyl cellulose) using a high-speed mixer to prepare an anode paste. The anode paste prepared by using a screen mask was coated on a 3YSZ plasticizer and heat treated at 1000 ° C for 3 hours. The coating was screen-printed.

다음, 연결재가 코팅될 부위를 마스킹테이프로 마스킹 한 후, 진공 슬러리 코팅법을 이용하여 ScSZ를 코팅한 후 다시 1000℃에서 3 시간 열처리하였고, 동일한 방법으로 GDC(C0 .9G0 .1O)를 코팅한 후 1400℃에서 5 시간 소결하였다.Next, the portion to be coated with the coupling material was masked with a masking tape, and then ScSZ was coated using a vacuum slurry coating method. Then, the coating was heat-treated at 1000 ° C. for 3 hours and then GDC (C 0 .9 G 0 .1 O ) And then sintered at 1400 ° C for 5 hours.

그 다음, LSCF(L0 .6S0 .4C0 .2F0.8)-GDC 복합 분말, LSCF, LSCF-LSCo 복합 분말 및 LSCo로 페이스트를 제작하였다. 이후, 스크린 프린트법을 이용하여 각각의 페이스트를 코팅한 후 열처리를 하였다. 상기 열처리는 1150℃에서 3 시간 수행하였다. Then, a paste was prepared from LSCF (L 0 .6 S 0 .4 C 0 .2 F 0.8 ) -GDC composite powder, LSCF, LSCF-LSCo composite powder and LSCo. Then, each paste was coated by a screen printing method and then heat-treated. The heat treatment was performed at 1150 ° C for 3 hours.

이어서, 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 단위 셀(cell)에 연결재(Ag-glass)를 사용하여 직렬 연결하여 열처리한 후, Ag-wire로 집전 및 전압 측정선을 연결하였다.Then, the unit cell of the 5-cell segment type SOFC was connected in series by using a connecting material (Ag-glass), heat-treated, and the current collecting and voltage measuring lines were connected to the Ag-wire.

연료극(NiO/ScSZ)은 20㎛ 두께 이내로 형성하고, 전해질층은 ScSZ층을 9㎛, GDC층을 3㎛ 두께 이내로 형성하며, 공기극(LSCF-GDC 복합층, LSCF, LSCF-LSCo 복합층 및 LSCo)은 27㎛로 형성하여 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 단위 셀(cell)을 제작하였다.
LSCF, LSCF-LSCo composite layer, and LSCo-LSCo composite layer were formed within a thickness of 20 mu m and the electrolyte layer was formed to have a ScSZ layer of 9 mu m and a GDC layer of 3 mu m or less in thickness. ) Was formed to have a thickness of 27 탆, thereby forming a unit cell of a 5-cell segment type SOFC.

(4) 고전도성 공기극(LSCF-GDC 복합층, LSCF, LSCF-LSCo 복합층, LSCo)을 적용한 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 성능 측정(4) Performance measurement of a segmented solid oxide fuel cell module using a high-conductivity cathode (LSCF-GDC multiple layer, LSCF, LSCF-LSCo multiple layer, LSCo)

도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC 단위 셀의 미세구조 사진이며, 도 11은 공기극에서 LSCo를 적용한 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 온도별 성능곡성을 나태내는 그래프이고, 도 12a 및 12b는 공기극에서 LSCo를 적용한 5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC의 AC 임피던스 곡선 및 분극저항, 옴저항을 분석한 그래프이며, 도 13은 공기극에서 LSCF 75㎛와 LSCo 27㎛를 적용한 세그먼트형 SOFC의 AC 임피던스 곡선을 비교하는 그래프이다.FIG. 10 is a microstructure photograph of a 5-cell segment type SOFC unit cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 11 is a microstructure photograph of a 5-cell segment type SOFC using LSCo in the air electrode, 12A and 12B are graphs showing AC impedance curves, polarization resistance and ohmic resistance of a 5-cell segment type SOFC using LSCo in the air electrode, and FIG. 13 is a graph showing an LSCF A graph comparing an AC impedance curve of a segmented SOFC using LSCo 27 占 퐉.

도 10 내지 도 13을 참조하면, 수소유량 300sccm, Air 1.5L/min의 조건으로 온도별 I-V 특성을 확인하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 고전도성 공기극(LSCF-GDC 복합층, LSCF, LSCF-LSCo 복합층, LSCo)을 적용한 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈은 750℃에서 최대출력밀도 523mW/cm2를 나타내었으며, LSCF 75㎛를 이용한 실험의 270 mW/cm2 보다 약 1.9배 증가한 출력밀도를 보였고, 이는 공기극 집전층의 전도도가 세그먼트형 SOFC의 성능에 큰 영향을 미치는 것으로 확인하였다Referring to FIGS. 10 to 13, IV characteristics of each temperature were confirmed under conditions of a hydrogen flow rate of 300 sccm and an air flow rate of 1.5 L / min. As a result, the segment type solid oxide fuel cell module to which the high conductivity cathode according to the present invention (LSCF-GDC composite layer, LSCF, LSCF-LSCo composite layer, LSCo) was applied showed a maximum power density of 523 mW / cm 2 at 750 ° C , And the power density increased by about 1.9 times as much as that of the experiment using LSCF 75 μm at 270 mW / cm 2. This confirms that the conductivity of the cathode current collector greatly affects the performance of the segmented SOFC

5 셀(cell) 세그먼트형 SOFC(LSCF-GDC 복합층, LSCF, LSCF-LSCo 복합층, LSCo을 적용한 세그먼트형 SOFC)의 온도별 성능곡선에 대한 자료를 [표 1]로 나타내면 하기와 같다.Table 1 shows the performance curves of the 5-cell segment SOFC (LSCF-GDC composite layer, LSCF, LSCF-LSCo composite layer, and segmented SOFC using LSCo) by temperature.


Temperature
(℃)
Temperature
(° C) Average Maximum Power DensityAverage Maximum Power Density Current Density
(mA/cm2)Current Density
(mA / cm 2) Voltage
(V)Voltage
(V) Maximum Power Density
(mW/cm2)Maximum Power Density
(mW / cm 2 ) 600600 262262 0.450.45 118118 650650 534534 0.450.45 238238 700700 843843 0.440.44 371371 750750 11571157 0.450.45 523523 800800 13441344 0.460.46 618618

본 발명에 따른 LSCF-GDC 복합층, LSCF, LSCF-LSCo 복합층, LSCo을 적용한 세그먼트형 SOFC에 대한 O.C.V.(open circuit voltage) 상태에서의 AC 임피던스 측정결과, 750℃에서 ohmic resistance(RS)가 0.27372Ω·cm2, polarization resistance(RP)가 0.56262Ω·cm2이며, 700℃에서 RS가 0.36082Ω·cm2, RP가 0.8337 2Ω·cm2이며, 650℃에서 RS 가 0.52612Ω·cm2, RP가 1.2605 2Ω·cm2이다. LSCF를 75㎛로 구성한 경우와 비교하여 750℃에서, 옴저항(RS)은 약 47% 감소하였고, 분극저항(RP)은 약 5% 증가하였다.As a result of measurement of AC impedance at an open circuit voltage (OCV) condition for a segmented SOFC using the LSCF-GDC composite layer, LSCF, LSCF-LSCo composite layer and LSCo according to the present invention, the ohmic resistance (R S ) 0.2737 2 Ω · cm 2 , and a polarization resistance (R P ) of 0.5626 2 Ω · cm 2 , and an R S of 0.3608 2 Ω · cm 2 and an R P of 0.8337 2 Ω · cm 2 at 700 ° C. S is 0.5261 2 ? Cm 2 , R P is 1.2605 2 ? 占 cm 2 . The ohmic resistance (RS) was reduced by about 47% and the polarization resistance (RP) was increased by about 5% at 750 占 폚 as compared with the case where the LSCF was formed at 75 占 퐉.

고전도성 공기극 소재를 사용하여 세그먼트형 SOFC에 공기극 집전층을 구성할 경우, 저항 손실요인으로 작용하는 전류 진행방향으로의 전압강하(IR-Drop)를 감소시킬 수 있다. 특히, 중저온형 세그먼트형 SOFC를 제작할 때는 고전도성 공기극 소재를 사용하여 공기극 분극 저항 및 옴 저항을 감소시켜야 고출력 밀도의 결과를 얻을 수 있다.
When a cathode current collector layer is formed on a segmented SOFC using a high-conductivity cathode material, the voltage drop (IR-drop) in the current traveling direction, which is a resistance loss factor, can be reduced. Particularly, when manufacturing a middle-low-temperature segmented SOFC, it is necessary to reduce the polarization resistance of the air pole and the ohmic resistance using a high-conductivity cathode material, thereby obtaining high output density.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.

8 : 유로 11 : 지지체
12 : 연료극 13 : 전해질층
14 : 공기극 15 : 연결재8: flow path 11: support
12: fuel electrode 13: electrolyte layer
14: air pole 15: connector

Claims (16)

다공성 평관형 지지체, 상기 다공성 평관형 지지체 상에 형성된 연료극, 전해질층, 공기극 및 연결재를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈에 있어서,
상기 공기극은,
LSCF-GDC층, LSCF층, LSCF-LSCo층 및 LSCo층이 순차적으로 적층된 다층구조를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈.
A segmented solid oxide fuel cell module comprising a porous flat tubular support, a fuel electrode formed on the porous tubular support, an electrolyte layer, an air electrode, and a connection member,
The air electrode
Wherein the LSCF-LSCF layer, the LSCF-GDC layer, the LSCF layer, the LSCF-LSCo layer, and the LSCo layer are sequentially stacked.
제 1항에 있어서,
상기 LSCo층은 LSCo(La0 .6Sr0 .4Co)층인 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈.
The method according to claim 1,
The LSCo layer LSCo (La 0 .6 Sr 0 .4 Co) layer, a segment-type solid oxide fuel cell module.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 다공성 평관형 지지체는,
상부에 단위 셀이 위치하는 평탄부;
상기 평탄부 양측에 위치하고 일정한 반경의 곡률을 가지는 곡률부; 및
연료가 공급되어 흐를 수 있는 다수개의 중공부가 형성된 연료 유로를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈.
The method according to claim 1,
The porous flat tubular support may comprise:
A flat part in which a unit cell is located at an upper portion;
A curvature portion located on both sides of the flat portion and having a curvature of a predetermined radius; And
And a plurality of hollow portions through which fuel can be supplied and flow.
제 1항에 있어서,
상기 연료극은 산화니켈(NiO) 분말과 스칸듐(Sc) 안정화 지르코니아(ScSZ) 분말로 형성되는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel electrode is formed of a nickel oxide (NiO) powder and a scandium (Sc) stabilized zirconia (ScSZ) powder.
다공성 평관형 지지체를 형성하고;
상기 다공성 평관형 지지체 상에 연료극을 형성하며;
상기 연료극 상에 전해질층을 형성하고;
상기 전해질층 상에 공기극을 형성하며;
상기 공기극 외측에 위치하고, 단위 셀의 연료극과 다른 단위 셀의 공기극을 전기적으로 연결시켜 단위 셀들간의 전기적 소통을 가능하게 하는 연결재를 형성하는 것을 포함하되,
상기 전해질층 상에 공기극을 형성하는 공정은,
LSCF-GDC 복합분말, LSCF, LSCF-LSCo 복합분말 및 LSCo를 이용하여 각각의 페이스트를 형성하고, 각각 형성된 LSCF-GDC 복합분말 페이스트, LSCF 페이스트, LSCF-LSCo 복합분말 페이스트 및 LSCo 페이스트를 순차적으로 상기 전해질층 상에 코팅하며,
상기 코팅된 페이스트를 열처리하는 공정을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
Forming a porous flat tubular support;
Forming a fuel electrode on the porous tubular support;
Forming an electrolyte layer on the anode;
Forming an air electrode on the electrolyte layer;
And forming a connection member located outside the air electrode and electrically connecting the fuel electrode of the unit cell and the air electrode of the other unit cell to enable electrical communication between the unit cells,
Wherein the step of forming the air electrode on the electrolyte layer comprises:
LSCF-GDC composite powder, LSCF, LSCF-LSCo composite powder and LSCo were used to form respective pastes, and the formed LSCF-GDC composite powder paste, LSCF paste, LSCF-LSCo composite powder paste and LSCo paste were sequentially Coating on the electrolyte layer,
And heat-treating the coated paste. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 6항에 있어서,
상기 코팅은 스크린 프린트법(screen printing)을 이용하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the coating uses screen printing. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 6항에 있어서,
상기 LSCo 페이스트는 La0 .6Sr0 .4Co를 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
The method according to claim 6,
The paste is LSCo La 0 .6 Sr 0 .4 method of producing a segment-type solid oxide fuel cell module comprising a Co.
제 6항에 있어서,
상기 LSCo은 공기극의 집전층(Cathode Current Collect Layer, CCC)을 구성하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the LSCo constitutes a cathode current collector layer (CCC) of an air electrode.
제 6항에 있어서,
상기 열처리는 1150℃에서 3 시간 수행하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment is performed at 1150 占 폚 for 3 hours.
제 6항에 있어서,
상기 다공성 평관형 지지체를 형성하는 공정은,
3 몰% 이트리아 안정화 지르코니아(3YSZ) 100wt%에 대하여 활성탄 분말을 10 ~ 15wt% 혼합하고,
상기 3YSZ와 상기 활성탄 분말의 혼합물을 슬러리 상태로 하여 볼 밀링에 의해 균일화하며,
상기 균일화된 3YSZ와 활성탄 분말의 혼합물을 건조 후 분쇄하여 분말화하고,
상기 분말화된 혼합물에 바인더, 가소제, 윤활제 및 증류수를 첨가하고 혼련하여 페이스트화 하며,
상기 페이스트를 평관형 지지체로 압출하고,
상기 압출된 평관형 지지체를 항온항습기를 이용하여 건조하며,
상기 건조된 평관형 지지체를 열처리하여 가소결하고,
상기 가소결된 평관형 지지체를 소결하는 것을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step of forming the porous tubular support comprises:
10 to 15 wt% of activated carbon powder was mixed with 100 wt% of 3 mol% yttria-stabilized zirconia (3YSZ)
The mixture of 3YSZ and the activated carbon powder is made into a slurry state by ball milling,
The mixture of the homogenized 3YSZ and activated carbon powder was dried, pulverized and powdered,
A binder, a plasticizer, a lubricant, and distilled water are added to the powdered mixture, kneaded and made into a paste,
Extruding the paste into a flat tubular support,
The extruded flat tubular support was dried using a thermo-hygrostat,
The dried flat tubular support is heat treated to plasticize,
And sintering the plated flat tubular support. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제 11항에 있어서,
상기 건조된 평관형 지지체를 열처리하여 가소결하는 공정은,
25℃에서 200℃까지는 시간당 0.67℃/min 승온 후 5시간 온도유지하고,
200℃에서 300℃까지는 시간당 0.17℃/min으로 승온한 후 5시간 유지하며,
600℃까지는 0.5℃/min으로 승온한 후 5 시간 동안 유지하여 기공형성제인 활성탄이 완전 연소하도록 하고,
1100℃까지 1.67℃/min으로 승온하여 3 시간 동안 가소결하는 것을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of subjecting the dried flat tubular support to heat treatment and plasticizing,
The temperature was maintained at 0.67 ° C / min from 25 ° C to 200 ° C per hour, and the temperature was maintained for 5 hours,
The temperature was raised from 200 ° C to 300 ° C at a rate of 0.17 ° C / min per hour and then maintained for 5 hours,
The temperature was raised to 0.5 占 폚 / min up to 600 占 폚, and then maintained for 5 hours so that the activated carbon as the pore forming agent was completely burned,
Wherein the temperature of the solid oxide fuel cell module is elevated up to 1100 deg. C at a rate of 1.67 deg. C / min to plasticize for 3 hours.
제 11항에 있어서,
상기 압출된 평관형 지지체를 항온항습기를 이용하여 건조하는 공정은,
습도 90%, 온도 50℃에서 한 시간 간격으로 10℃씩 승온 후, 90℃에서 24 시간 동안 건조하고, 습도를 0%까지 순차적으로 낮추는 것을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of drying the extruded flat tubular support using a thermo-hygrostat may be performed by,
A step of raising the temperature by 10 DEG C at an interval of one hour at a temperature of 50 DEG C and a humidity of 90%, drying the resultant at 90 DEG C for 24 hours, and sequentially lowering the humidity to 0%.
제 6항에 있어서,
상기 다공성 평관형 지지체 상에 연료극을 형성하는 공정은,
산화니켈(NiO) 분말과 스칸듐(Sc) 안전화 지르코니아(ScSZ) 분말을 5:5로 정량하고,
상기 분말을 용매(α-Terpineol) 및 바인더(Ethyl cellulose)와 함께 고속 믹서기로 혼합하여 연료극 페이스트를 형성하며,
상기 연료극 페이스트를 상기 평관형 지지체 상에 코팅하는 것을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step of forming the fuel electrode on the porous flat tubular support comprises:
Nickel oxide (NiO) powder and scandium (Sc) stabilized zirconia (ScSZ) powder were quantified as 5: 5,
The powder is mixed with a solvent (? -Terpineol) and a binder (Ethyl cellulose) in a high-speed mixer to form an anode paste,
And coating the fuel electrode paste on the flat tubular support.
제 14항에 있어서,
상기 코팅은 스크린 프린트법(screen printing)을 이용하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the coating uses screen printing. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 6항에 있어서,
상기 연결재를 형성하는 공정은,
은-유리 페이스트를 코팅하는 것을 포함하는 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of forming the connecting member comprises:
A method of manufacturing a segmented solid oxide fuel cell module, the method comprising coating a silver-glass paste.
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