KR101678371B1 - Method of manufacturing plate-typed solid oxide fuel cell - Google Patents

Abstract

평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 전해질 시트를 준비하여 상부 몰드와 하부 몰드 사이에 위치시킨다. 상기 전해질 시트를 가압하여 패턴을 형성함으로써, 제1 영역과 상기 제1 영역보다 얇은 두께를 갖는 제2 영역을 형성한다. 상기 패턴이 형성된 전해질 시트를 소결하여 전해질 지지체를 형성한다. 상기 전해질 지지체의 일면에 공기극층을 형성하고, 타면에 연료극층을 형성한다. 따라서, 전지 효율을 개선하여 성능을 증가시키고, 전극의 결함을 방지할 수 있으며, 제조공정을 단순화시킬 수 있다.A method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell is disclosed. According to one embodiment, an electrolyte sheet is prepared and placed between the upper mold and the lower mold. The electrolyte sheet is pressed to form a pattern to form a first region and a second region having a thickness thinner than that of the first region. The patterned electrolyte sheet is sintered to form an electrolyte support. A cathode layer is formed on one side of the electrolyte support, and a fuel electrode layer is formed on the other side. Therefore, it is possible to improve the cell efficiency to increase the performance, to prevent the defects of the electrode, and to simplify the manufacturing process.

Description

평판형 고체산화물 연료전지의 제조 방법{Method of manufacturing plate-typed solid oxide fuel cell}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solid oxide fuel cell,

본 발명은 연료전지의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로, 평판형 연료전지의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell, and more particularly, to a method of manufacturing a planar fuel cell.

연료전지는 1세대 전지(건전지), 2세대 전지(충전지)에 이은 3세대 전지로 불리는 것으로, 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지이다. 이러한 연료전지의 특징은 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생성물이 연속적으로 계의 바깥으로 제거되는 과정에서 반영구적으로 전기를 생산할 수 있고, 기계적 변환에서 발생하는 손실이 없기 때문에 에너지 효율이 매우 높다는 것이다. 화석연료, 액체연료, 기체연료 등 다양한 연료를 사용하며, 작동온도에 따라 저온형과 고온형으로도 나눈다.Fuel cells are called first generation (battery), second generation (rechargeable battery) and third generation, which convert chemical energy generated by oxidation of fuel directly into electrical energy. A feature of such a fuel cell is that it can produce electricity semi-permanently during the continuous supply of reactants from the outside and the reaction products are continuously removed from the system, and energy efficiency is very high because there is no loss in mechanical conversion . It uses various fuels such as fossil fuels, liquid fuels, and gaseous fuels, and is divided into low-temperature type and high-temperature type depending on operating temperature.

이 중에서 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(600 - 1000 ℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 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. 이러한 장점 때문에 고체산화물 연료전지에 관한 연구는 21세기 초 상업화를 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.Among them, the solid oxide fuel cell (SOFC) is a fuel cell using solid oxide having oxygen or hydrogen ion conductivity as an electrolyte and operates at the highest temperature (600 to 1000 ° C.) of the existing fuel cell Since all the components are solid, they are simpler in structure than other fuel cells, have no problems of electrolyte loss and replenishment and corrosion, do not need precious metal catalysts, and are easy to supply fuel through direct internal reforming. In addition, it has an advantage that it can generate thermal hybrid power using waste heat because it discharges gas at a high temperature. Due to these advantages, research on solid oxide fuel cells has been actively carried out in advanced countries such as the United States and Japan with the aim of commercialization in the early 21st century.

고체산화물 연료전지는 그 적층구조에 따라 크게 평판형과 원통형으로 구분될 수 있으며, 평판형 고체산화물 연료전지의 경우, 전극 또는 전해질층을 지지체로 이용한다. 상기 지지체로 이용되기 위해서는 어느 정도 이상의 두께를 가져야 하는데, 이는 저항의 증가를 가져와 전지 효율을 감소시키는 문제가 있다.The solid oxide fuel cell can be largely classified into a flat plate type and a cylindrical type according to its lamination structure. In the case of a flat plate type solid oxide fuel cell, an electrode or an electrolyte layer is used as a support. In order to be used as the support, it must have a certain thickness or more, which leads to an increase in resistance, which leads to a reduction in cell efficiency.

대한민국 공개특허 2008-0033153는 평판형 고체산화물 연료전지의 전력 효율을 증가시키기 위하여, 라미네이션 공정을 통하여 불균일한 두께를 갖는 전해질 지지체를 제조하는 방법을 개시한다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2008-0033153 discloses a method for producing an electrolyte support having an uneven thickness through a lamination process in order to increase the power efficiency of a flat plate type solid oxide fuel cell.

도 1은 종래 기술에 따른 전해질 시트의 제조방법을 나타내는 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따라 제조된 전해질 시트의 단면도이다. 도 1 및 2를 참조하면, 관통공(3)을 가진 제1 전해질 시트(2) 및 평탄한 제2 전해질 시트(4)를 라미네이션기(1, 5)를 이용하여 적층함으로써, 불균일한 두께를 갖는 전해질 지지체를 제조할 수 있다. 이러한 전해질 지지체는 관통공(3)이 형성된 부분에서 나머지 부분보다 얇은 두께를 가짐으로써, 전해질 지지체의 저항을 감소시킬 수 있다.FIG. 1 is a perspective view showing a method of manufacturing an electrolyte sheet according to the prior art, and FIG. 2 is a sectional view of an electrolyte sheet manufactured according to the prior art. 1 and 2, a first electrolyte sheet 2 having a through hole 3 and a flat second electrolyte sheet 4 are laminated by using lamination devices 1 and 5, An electrolyte support can be produced. This electrolyte support has a thinner thickness at the portion where the through hole 3 is formed than the remaining portion, so that the resistance of the electrolyte support can be reduced.

그러나, 위와 같은 제조방법에 따라 전해질 지지체를 제조하는 경우, 급격한 단차로 인하여 상기 전해질 지지체에 코팅되는 전극층의 결함이 발생할 수 있으며, 다양한 형상의 전해질 지지체를 제조할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 관통공을 형성하는 공정과 적층 공정이 추가되어야 하므로, 공정이 복잡하고, 2장 이상의 시트를 라미네이션하기 때문에, 소결 과정에서 시트의 박리가 일어나 결함이 발생할 가능성이 있다. 또한, 관통공의 가장자리를 라운드진 형상으로 만들기 어렵기 때문에, 급격한 단차에 의한 전극의 결함이 발생할 가능성이 있다.However, when the electrolyte support is manufactured according to the above-described manufacturing method, defects may occur in the electrode layer coated on the electrolyte support due to the abrupt step, and the electrolyte support having various shapes can not be manufactured. In addition, since a step of forming a through-hole and a step of laminating are added, the step is complicated and lamination of two or more sheets causes peeling of the sheet in the sintering process, which may cause defects. Further, since it is difficult to make the edge of the through-hole into a rounded shape, there is a possibility that a defect of the electrode due to the abrupt step may occur.

따라서 본 발명의 실시예를 통해 해결하고자 하는 일 과제는 패터닝을 이용하여 전해질 시트를 형성함으로써, 전지 효율을 용이하게 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 제조 공정을 단순화할 수 있는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조 방법을 제공하는 것이다. Therefore, an object to be solved by the embodiments of the present invention is to provide a planar solid oxide fuel cell capable of easily improving the cell efficiency and simplifying the manufacturing process by forming the electrolyte sheet using the patterning And a method for manufacturing the same.

또한, 본 발명의 다른 과제는 패턴(유로)이 형성된 연료극 지지체를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 전극층의 반응 면적을 증가시켜 연료전지의 작동 효율을 증가시킬 수 있는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a planar solid oxide fuel cell capable of easily fabricating an anode support on which a pattern (flow path) is formed, as well as increasing the reaction area of the electrode layer to increase the operating efficiency of the fuel cell. And a method for manufacturing the same.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조 방법에 따르면, 전해질 시트를 가압하여 패턴을 형성함으로써, 제1 영역과 상기 제1 영역보다 얇은 두께를 갖는 제2 영역을 형성한다. 상기 패턴이 형성된 전해질 시트를 소결하여 전해질 지지체를 형성한다. 상기 전해질 지지체의 일면에 제1 전극을 형성하고, 타면에 연료극층을 형성한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell, comprising: forming a pattern by pressing an electrolyte sheet to form a first region and a second region, Thereby forming a second region having a thickness. The patterned electrolyte sheet is sintered to form an electrolyte support. A first electrode is formed on one surface of the electrolyte support, and a fuel electrode layer is formed on the other surface.

일 실시예에 따르면, 상기 전해질 시트는 열경화성 수지, 열가소성 수지, 용매 및 금속 산화물 분말을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 전해질 시트는 YSZ 분말, 폴리비닐부티랄 수지 및 페놀 수지를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the electrolyte sheet may include a thermosetting resin, a thermoplastic resin, a solvent, and a metal oxide powder. For example, the electrolyte sheet may include a YSZ powder, a polyvinyl butyral resin, and a phenol resin have.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 영역의 두께는 100 내지 300㎛이고, 상기 제2 영역의 두께는 제1 영역의 10 내지 50%일 수 있다.According to an embodiment, the thickness of the first region may be 100 to 300 占 퐉, and the thickness of the second region may be 10 to 50% of the first region.

예를 들어, 상기 패턴의 측단면은 반구형 또는 모서리가 라운드진 다각형 형상을 가질 수 있으며, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역을 둘러싸도록 평면상에서 서로 연결되는 그물 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 영역의 면적은 전체 면적의 30 내지 90%일 수 있다.For example, the side surface of the pattern may have a hemispherical shape or a polygonal shape with rounded corners, and the first region may have a net shape connected to each other on a plane so as to surround the second region. In addition, the area of the second region may be 30 to 90% of the total area.

일 실시예에 따르면, 상기 몰드의 표면 및 이에 대응하는 전해질 지지체의 표면에는 미세 요철부가 형성될 수 있으며, 상기 미세 요철부의 조도(Ra)는 약 20㎛ 이하일 수 있다.According to an embodiment, the surface of the mold and the surface of the electrolyte support corresponding thereto may be provided with fine concavities and convexities, and the roughness Ra of the concavities and convexities may be about 20 占 퐉 or less.

일 실시예에 따르면, 상기 패턴의 형성은 상기 전해질 시트를 롤러로 가압하여 이루어질 수 있으며, 다른 방법으로, 상기 전해질 시트를 상부 몰드와 하부 몰드 사이에서 가압하여 이루어질 수 있다.According to one embodiment, the formation of the pattern may be performed by pressing the electrolyte sheet with a roller, or alternatively, the electrolyte sheet may be pressed between the upper mold and the lower mold.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 금속 산화물 분말, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 용매를 포함하는 연료극층을 갖는 시트를 준비하고, 상기 시트를 가압하여 패턴을 형성함으로써, 상기 시트의 일면에 홈을 형성한다. 상기 패턴이 형성된 시트를 소결하여, 일면에 상기 홈에 대응하는 유로를 갖는 지지체를 형성한다.According to another embodiment of the present invention, a sheet having a fuel electrode layer containing a metal oxide powder, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a solvent is prepared, and the sheet is pressed to form a pattern, do. The sheet on which the pattern is formed is sintered to form a support having a channel corresponding to the groove on one surface.

예를 들어, 상기 지지체의 타면에 전해질층을 형성하고, 상기 전해질층 상에 공기극층을 형성할 수 있다.For example, an electrolyte layer may be formed on the other surface of the support, and a cathode layer may be formed on the electrolyte layer.

다른 방법으로, 상기 시트는 연료극 시트 상에 전해질 시트를 적층하여 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 지지체의 타면에 공기극층을 형성할 수 있다.Alternatively, the sheet may be formed by laminating an electrolyte sheet on the fuel electrode sheet. In this case, a cathode layer may be formed on the other surface of the support.

본 발명의 실시예에 따르면, 얇은 두께와 다양한 패턴을 갖는 전해질 지지체를 용이하게 형성함으로써, 전해질 지지체의 저항을 감소시키고, 전극과의 반응 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 펀칭홀을 갖는 시트를 사용하지 않고 패터닝을 이용함으로써, 제1 영역과 상기 제1 영역보다 얇은 두께를 갖는 제2 영역 사이에서 급격한 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 전극에 결함이 생기는 것을 방지할 수 있으며, 제조 공정의 단순화를 달성할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, by easily forming an electrolyte support having a thin thickness and various patterns, the resistance of the electrolyte support can be reduced and the reaction area with the electrode can be increased. In addition, by using the patterning without using the sheet having the punching holes, it is possible to prevent the abrupt step from occurring between the first region and the second region having a thickness thinner than that of the first region, And it is possible to achieve simplification of the manufacturing process.

또한, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함께 사용함으로써, 패터닝으로 형성되는 전해질 지지체의 패턴이 변형되는 것을 방지할 수 있다. Further, by using the thermosetting resin and the thermoplastic resin together, it is possible to prevent the pattern of the electrolyte support formed by patterning from being deformed.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유로가 형성된 연료극 지지체, 또는 연료극/전해질 지지체를 구성하는 연료전지 단일 셀을 용이하게 제조할 수 있으며, 전해질층에 패턴을 형성할 경우, 연료극층과 전해질층의 반응 면적, 공기극층과 전해질층의 반응 면적을 증가시켜, 연료전지의 작동효율을 증가시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, it is possible to easily produce a fuel cell single cell or a fuel cell single cell constituting the fuel electrode / electrolyte support on which a flow path is formed, and when a pattern is formed on the electrolyte layer, The reaction area and the reaction area between the cathode layer and the electrolyte layer can be increased to increase the operating efficiency of the fuel cell.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하 였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 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 includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 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. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법에 따라 제조된 전해질 시트를 나타내는 평면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법에 따라 제조된 전해질 시트를 나타내는 평면도이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view showing an electrolyte sheet manufactured according to a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross- Showing the electrolyte sheet produced according to the method.

도 3을 참조하면, 전해질 시트(20)를 준비하고, 상부 몰드(10)와 하부 몰드(30) 사이에 위치시킨다. 상부 몰드(10)와 하부 몰드(30)에는 소정의 형상을 갖는 패턴이 형성된다. 예를 들어, 상부 몰드(10)와 하부 몰드(30)에는 각각 홈(15, 35) 및 미세 요철부(17, 37)가 형성된다. Referring to FIG. 3, an electrolyte sheet 20 is prepared and placed between the upper mold 10 and the lower mold 30. A pattern having a predetermined shape is formed on the upper mold 10 and the lower mold 30. For example, the upper mold 10 and the lower mold 30 are provided with grooves 15 and 35 and fine uneven portions 17 and 37, respectively.

홈(15, 35)의 형상은 제조자의 목적 및 패키징 구조에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 홈은 그물 형상을 갖도록 연장되며, 반원 형상의 측단면을 가질 수 있으며, 다른 방법으로 사각형, 삼각형, 사다리꼴 등의 다각형 형상의 측단면을 가질 수도 있다. 또한, 다각형 형상의 측단면은 모서리가 라운드질 수도 있다.The shapes of the grooves 15 and 35 can be variously changed depending on the purpose of the manufacturer and the packaging structure. For example, the grooves may extend to have a net shape and may have a semicircular side cross-section, or alternatively may have a polygonal side cross-section such as a quadrangle, triangle, or trapezoid. Further, the side faces of the polygonal shape may be rounded at corners.

미세 요철부(17, 27)는 상부 몰드(10)와 하부 몰드(30)에 표면 샌딩, 융사 코팅 등으로 형성될 수 있으며, 몰드의 표면에 전체적으로 형성되거나, 또는 일부 영역에만 형성될 수도 있다. 예를 들어, 미세 요철부의 조도(Ra)는 약 20㎛ 이하일 수 있다. 미세 요철부의 조도(Ra)가 20㎛를 초과하는 경우, 전해질 지지체 전체의 강도에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 전해질 지지체의 강도가 약해져 파손의 염려가 있다.The fine concave-convex portions 17 and 27 may be formed on the upper mold 10 and the lower mold 30 by surface sanding, flame coating, or the like, and may be formed entirely on the surface of the mold, or may be formed only on a partial region. For example, the roughness Ra of the fine concavo-convex portion may be about 20 占 퐉 or less. If the roughness Ra of the fine uneven portion exceeds 20 占 퐉, the strength of the entire electrolyte support may be affected. That is, the strength of the electrolyte support is weakened and there is a risk of breakage.

전해질 시트(20)는 종래의 평판형 고체산화물 연료전지의 제조에 사용되는 전해질 시트를 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 모두 포함하는 것을 사용한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 사용되는 전해질 시트(20)는 전해질 분말, 용매, 바인더 수지를 포함할 수 있으며, 바인더 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함한다. 예를 들어, 전해질 분말은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria-Stabilized-ZrO2), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 희토류 원소가 도핑된 CeO₂, LSGM 등의 금속 산화물 및 종래의 전해질 분말로 사용되는 전해질 물질을 포함할 수 있으며, 열가소성 수지로서 폴리비닐부티랄(PVB), 열경화성 수지로서 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 용매로는 에탄올, 크실렌, 톨루엔 등이 단독으로, 또는 혼합되어 사용될 수 있다.The electrolyte sheet 20 may be an electrolyte sheet used for manufacturing a conventional planar solid oxide fuel cell, but preferably includes both a thermosetting resin and a thermoplastic resin. For example, the electrolyte sheet 20 used in an embodiment of the present invention may include an electrolyte powder, a solvent, and a binder resin, and the binder resin includes a thermosetting resin and a thermoplastic resin. For example, the electrolyte powder may be a metal oxide such as yttria stabilized zirconia (YSZ, Yttria-Stabilized-ZrO2), Scandia stabilized zirconia (ScSZ), rare earth element-doped CeO ₂ , LSGM, etc. and an electrolyte used as a conventional electrolyte powder And may include polyvinyl butyral (PVB) as a thermoplastic resin and a phenol resin as a thermosetting resin. As the solvent, ethanol, xylene, toluene, etc. may be used singly or in combination.

전해질 시트는 전해질 분말, 용매, 바인더 수지, 가소제, 분산제 등을 포함하는 슬러리를 준비한 후, 슬러리를 테이프 캐스팅 공정을 통해 시트로 형성하여 준비될 수 있다.The electrolyte sheet can be prepared by preparing a slurry containing an electrolyte powder, a solvent, a binder resin, a plasticizer, a dispersant, and the like, and then forming a slurry into a sheet through a tape casting process.

열경화성 수지와 열가소성 수지를 모두 포함하는 바인더 수지는 패터닝을 통해 형성되는 전해질 시트의 패턴 형상이 변형되는 것을 감소/방지할 수 있다. 전해질 시트(20)는 분산제 및 가소제를 더 포함할 수 있다.The binder resin including both the thermosetting resin and the thermoplastic resin can reduce / prevent the deformation of the pattern shape of the electrolyte sheet formed through patterning. The electrolyte sheet 20 may further include a dispersant and a plasticizer.

도 4를 참조하면, 상부 몰드(10)와 하부 몰드(30)를 이용하여 전해질 시트(20)를 가압하여 패턴을 갖는 전해질 시트를 형성한다. 전해질 시트(20)를 가압할 때, 패턴 형성을 용이하게 하기 위하여 열을 가하는 것이 바람직하다. 몰드의 압력에 의해 전해질 시트(20)의 형상이 변형되어, 몰드에 형성된 홈(15, 25)의 형상에 따라 전해질 시트(20)의 표면에 돌출부(25)가 형성된다. 결과적으로, 전해질 시트(20)는 돌출부(25)가 형성된 제1 영역(T1)과, 돌출부가 형성되지 않은 영역에 해당하며, 제1 영역(T1)보다 얇은 두께는 갖는 제2 영역(T2)을 갖게 된다. Referring to FIG. 4, the electrolyte sheet 20 is pressed using the upper mold 10 and the lower mold 30 to form an electrolyte sheet having a pattern. When the electrolyte sheet 20 is pressed, it is preferable to apply heat to facilitate pattern formation. The shape of the electrolyte sheet 20 is deformed by the pressure of the mold and protrusions 25 are formed on the surface of the electrolyte sheet 20 according to the shape of the grooves 15 and 25 formed in the mold. As a result, the electrolyte sheet 20 has a first region T1 in which the protruding portion 25 is formed and a second region T2 in which the protruding portion is not formed, and which has a thickness thinner than the first region T1, .

또한, 상부 몰드(10)와 하부 몰드(30)의 미세 요철부(17, 37)에 의해 전해질 시트(20)에 미세 요철부가 형성된다. 따라서, 전해질 시트는 전극과의 반응 면적을 증가시킬 수 있으며, 이후에 형성되는 전극과의 부착성을 증가시킬 수 있다.The fine concavo-convex portion is formed in the electrolyte sheet 20 by the fine convexo-concaves 17, 37 of the upper mold 10 and the lower mold 30. Therefore, the electrolyte sheet can increase the area of reaction with the electrode and increase the adhesion with the electrode formed thereafter.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전해질 시트 제1 영역(T1)이, 평면상에서 제1 방향(D1)과 이에 수직하는 제2 방향(D2)로 연장되며, 서로 연결되어 그물 형상을 갖는 것이 바람직하다. 돌출부(25)는 제1 영역을 형성하여 지지체로서의 역할을 하므로, 서로 연속적으로 연결되는 것이 지지체로서의 강도 확보에 바람직하다. 이에 따라, 제1 영역(T1)은 제2 영역(T2)을 둘러싸는 형상을 가지게 된다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 영역(T2)은 직사각형 또는 원형의 형상을 가질 수 있으며, 이외에도 삼각형 등 다각형, 타원 등의 형상을 가질 수 있다. Referring to FIG. 6, a first region T1 of an electrolyte sheet manufactured according to an embodiment of the present invention extends in a first direction D1 on a plane and in a second direction D2 perpendicular thereto, So that it has a net shape. Since the projections 25 serve as a support by forming the first regions, it is preferable that the projections 25 are continuously connected to each other to secure strength as a support. Accordingly, the first region T1 has a shape surrounding the second region T2. Referring to FIGS. 6 and 7, the second region T2 may have a rectangular or circular shape, and may have a polygonal shape such as a triangle, an ellipse, or the like.

예를 들어, 전해질 시트(20)의 제1 영역의 두께는 약 100 내지 300㎛일 수 있으며, 제2 영역의 두께는 제1 영역의 약 10 내지 50%일 수 있다. 제2 영역의 두께가 제1 영역의 10% 미만인 경우, 단차가 심해져, 연결부에 응력이 집중되어 크랙 등이 발생할 염려가 있으며, 50%를 초과하는 경우, 저항 감소의 효과를 얻기 어렵다.For example, the thickness of the first region of the electrolyte sheet 20 may be between about 100 and 300 microns, and the thickness of the second region may be between about 10 and 50 percent of the first region. When the thickness of the second region is less than 10% of the first region, the step is worsened, and the stress is concentrated on the connecting portion to cause cracks. When the thickness exceeds 50%, the effect of reducing the resistance is hardly obtained.

또한, 제2 영역의 면적은 전체 면적의 30 내지 90%일 수 있다. 제2 영역의 면적이 전체 면적의 30% 미만인 경우, 저항 감소의 효과를 얻기 어려우며, 90%를 초과하는 경우, 지지체로서의 강도를 유지하기 어렵다.Further, the area of the second region may be 30 to 90% of the total area. When the area of the second region is less than 30% of the total area, it is difficult to obtain the effect of reducing the resistance, and when it exceeds 90%, it is difficult to maintain the strength as the support.

전해질 시트(20)의 돌출부(25)는 대칭적으로 상면/하면에 형성되어 있으나, 비대칭적으로 형성되거나, 어느 일면에만 형성될 수 있다. 따라서, 몰드(10, 30)에 형성되는 홈 역시, 비대칭적으로 형성되거나, 상부 몰드(10) 또는 하부 몰드(30)에만 형성될 수도 있다.The protrusions 25 of the electrolyte sheet 20 are symmetrically formed on the upper surface / lower surface, but may be formed asymmetrically or formed on only one surface. Therefore, the grooves formed in the molds 10 and 30 may also be formed asymmetrically, or only the upper mold 10 or the lower mold 30 may be formed.

돌출부 패턴이 형성된 후, 전해질 시트(20)는 소결되어 전해질 지지체를 형성한다. 소결 공정은 약 800 내지 1,600℃에서 이루어질 수 있다.After the protrusion pattern is formed, the electrolyte sheet 20 is sintered to form an electrolyte support. The sintering process may be performed at about 800 to 1,600 ° C.

도 5를 참조하면, 전해질 지지체(20)의 일면과 타면에, 예를 들어, 상면과 하면에 각각 공기극층(40)과 연료극층(50)을 형성한다. 예를 들어, 공기극층(40)은 양극일 수 있으며, 연료극층(50)은 음극일 수 있다.Referring to FIG. 5, a cathode layer 40 and an anode layer 50 are formed on one surface and the other surface of the electrolyte support 20, for example, on the upper surface and the lower surface, respectively. For example, the cathode layer 40 may be an anode and the anode layer 50 may be a cathode.

예를 들어, 공기극층(40) 및 연료극층(50)은 스크린 프린팅, 스프레이 코팅법, 딥 코팅법, 슬러리 코팅법 등을 통해 형성될 수 있다.For example, the cathode layer 40 and the anode layer 50 may be formed by screen printing, spray coating, dip coating, slurry coating, or the like.

예를 들어, 전해질 지지체의 상면이 공기극층(40)일 경우, 스트론튬 도핑된 란탄 망가나이트(LSM) 및 YSZ 등의 금속 산화물을 포함하는 슬러리를 코팅하여 공기극 코팅층을 형성하고, 전해질 지지체의 하면이 연료극층(50)일 경우, YSZ 및 산화니켈(NiO) 등의 금속 산화물을 포함하는 슬러리를 코팅하여 연료극 코팅층을 형성할 수 있다. 이 후, 공기극 코팅층과 연료극 코팅층이 형성된 전해질 지지체를 소결하여 소결함으로써, 공기극층와 연료극층을 형성한다.For example, when the upper surface of the electrolyte support is the air electrode layer 40, a slurry containing strontium-doped lanthanum manganite (LSM) and a metal oxide such as YSZ is coated to form a cathode coating layer, In the case of the anode layer 50, a slurry containing a metal oxide such as YSZ and nickel oxide (NiO) may be coated to form a anode coating layer. Thereafter, the cathode support layer and the anode support layer are formed by sintering and sintering the electrolyte support having the cathode coating layer and the anode coating layer formed thereon.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 전해질 시트(20)의 패턴은 롤러(60)를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 롤러(60)는 돌출부(25)의 형상에 대응되는 홈(65)을 갖는다. 이러한 롤러 전사 방식을 이용할 경우, 양산성의 향상을 기대할 수 있다. 롤러 전사 방식은 전해질 시트(20)의 양면에 이용이 가능하다.Referring to Fig. 8, the pattern of the electrolyte sheet 20 may be formed using the roller 60. Fig. For example, the roller (60) has a groove (65) corresponding to the shape of the projection (25). When such a roller transferring method is used, improvement in mass productivity can be expected. The roller transfer method is available on both sides of the electrolyte sheet 20. [

본 발명의 제 일 실시예에 따르면, 얇은 두께와 다양한 패턴을 갖는 전해질 지지체를 용이하게 형성함으로써, 전해질 지지체의 저항을 감소시키고, 전극과의 반응 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 펀칭홀을 갖는 시트를 사용하지 않고 패터닝을 이용함으로써, 제1 영역과 제2 영역 사이에서 급격한 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 전극에 결함이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함께 사용함으로써, 패터닝으로 형성되는 전해질 시트의 패턴이 변형되는 것을 방지할 수 있다. According to the first embodiment of the present invention, by easily forming an electrolyte support having a thin thickness and various patterns, it is possible to reduce the resistance of the electrolyte support and increase the reaction area with the electrode. In addition, by using the patterning without using the sheet having the punching hole, it is possible to prevent the abrupt step from occurring between the first region and the second region, thereby preventing defects from occurring in the electrode. Further, by using the thermosetting resin and the thermoplastic resin together, it is possible to prevent the pattern of the electrolyte sheet formed by patterning from being deformed.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 9 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 연료극 시트(200)를 준비하고, 상부 몰드(100)와 하부 몰드(300) 사이에 위치시킨 후, 상부 몰드(100)와 하부 몰드(300)를 이용하여 연료극 시트(200)를 가압하여 패턴을 갖는 연료극 시트(200)를 형성한다. 하부 몰드(300)에는 돌출부(350)가 형성되며, 도시되지는 않았으나, 제 일 실시예의 몰드와 유사하게 미세 요철부가 형성될 수도 있다.9, the fuel electrode sheet 200 is prepared and positioned between the upper mold 100 and the lower mold 300, and then the upper mold 100 and the lower mold 300 are used to form the fuel electrode sheet 200 Is pressed to form the fuel electrode sheet 200 having a pattern. A protrusion 350 is formed in the lower mold 300. Although not shown, fine uneven portions may be formed similarly to the mold of the first embodiment.

연료극 시트(200)는 종래의 평판형 고체산화물 연료전지의 제조에 사용되는 연료극 시트를 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 모두 포함하는 것을 사용한다. 예를 들어, 연료극 시트(200)는 연료극 분말, 용매, 바인더 수지를 포함할 수 있으며, 바인더 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함한다. 예를 들어, 연료극 분말은 YSZ 및 NiO 등의 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 열가소성 수지로서 폴리비닐부티랄(PVB), 열경화성 수지로서 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 용매로는 에탄올, 톨루엔 등이 단독으로, 또는 혼합되어 사용될 수 있다.The fuel electrode sheet 200 may be a fuel electrode sheet used for manufacturing a conventional planar solid oxide fuel cell, but preferably includes both a thermosetting resin and a thermoplastic resin. For example, the anode sheet 200 may include an anode powder, a solvent, and a binder resin, and the binder resin includes a thermosetting resin and a thermoplastic resin. For example, the fuel electrode powder may include a metal oxide such as YSZ and NiO, and may include polyvinyl butyral (PVB) as a thermoplastic resin and a phenol resin as a thermosetting resin. Examples of the solvent include ethanol, toluene, and the like Alone, or in combination.

열경화성 수지와 열가소성 수지를 모두 포함하는 바인더 수지는 패터닝을 통해 형성되는 연료극 시트(200)의 패턴 형상이 변형되는 것을 감소/방지할 수 있다. 연료극 시트(200)는 분산제 및 가소제를 더 포함할 수 있다. 분산제 및 가소제는 종래의 전해질용 시트에 사용되는 것들이 사용될 수 있다.The binder resin containing both the thermosetting resin and the thermoplastic resin can reduce / prevent the pattern shape of the anode sheet 200 formed through patterning from being deformed. The anode sheet 200 may further include a dispersant and a plasticizer. As the dispersant and the plasticizer, those used in conventional sheets for electrolytes may be used.

도 10을 참조하면, 하부 몰드에 형성된 패턴이 연료극 시트에 전사된다. 예를 들어, 하부 몰드에 형성된 돌출부(350)의 형상에 따라 연료극 시트(200)의 표면에 홈(250)이 형성된다. 홈(250)은 연료 및 가스의 유로를 형성하여, 연료 및 반응에 의해 생성된 가스의 출입을 용이하게 한다.Referring to FIG. 10, a pattern formed on the lower mold is transferred to the fuel electrode sheet. For example, the groove 250 is formed on the surface of the fuel electrode sheet 200 according to the shape of the protrusion 350 formed in the lower mold. The grooves 250 form fuel and gas flow paths to facilitate entry and exit of the fuel and the gases produced by the reaction.

홈이 형성된 연료극 시트(200)는 소결되어 일면에 홈(250)에 대응하는 유로(250)가 형성된 연료극 지지체를 형성한다.The grooved fuel electrode sheet 200 is sintered to form a fuel electrode support on one side of which a channel 250 corresponding to the groove 250 is formed.

도 11을 참조하면, 연료극 지지체(200)의 타면에 전해질층(400) 및 공기극층(500)을 형성하여, 연료전지 단일 셀을 완성한다.Referring to FIG. 11, an electrolyte layer 400 and a cathode layer 500 are formed on the other surface of the anode support 200 to complete a fuel cell single cell.

전해질층(400) 및 공기극층(500)은 제일 실시예에서와 유사한 방법으로, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅법, 딥 코팅법, 슬러리 코팅법 등을 통해 전극층을 코팅한 후, 소결하여 형성할 수 있다.The electrolyte layer 400 and the air electrode layer 500 can be formed by coating an electrode layer through screen printing, spray coating, dip coating, slurry coating, or the like and sintering in a similar manner to the first embodiment .

이에 따라, 유로가 형성된 연료극 지지체를 구성하는 연료전지 단일 셀을 용이하게 제조할 수 있다.Thus, a single cell of the fuel cell constituting the fuel electrode support on which the flow path is formed can be easily manufactured.

도 12 및 도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다.12 and 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 연료극층(120)에 적층된 전해질층(140)을 포함하는 시트를 준비하고, 상부 몰드와 하부 몰드(130) 사이에 위치시킨 후, 상부 몰드와 하부 몰드(130)를 이용하여 시트의 연료극층(120)을 가압하여 패턴을 갖는 시트를 형성한다. 시트는 연료극 시트 상에 전해질 시트를 적층하여 준비될 수 있다. 12, a sheet including the electrolyte layer 140 stacked on the anode layer 120 is prepared and positioned between the upper mold and the lower mold 130, and then the upper mold and the lower mold 130 The fuel electrode layer 120 of the sheet is pressed to form a sheet having a pattern. The sheet may be prepared by laminating an electrolyte sheet on the fuel electrode sheet.

상기 연료극 시트는 다른 실시예에서 설명한 것과 유사한 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연료극 시트는 연료극 분말, 용매, 바인더 수지를 포함할 수 있으며, 바인더 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함한다. 예를 들어, 연료극 분말은 YSZ 및 NiO 등의 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 열가소성 수지로서 폴리비닐부티랄(PVB), 열경화성 수지로서 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 용매로는 에탄올, 톨루엔 등이 단독으로, 또는 혼합되어 사용될 수 있다.The anode sheet may contain components similar to those described in the other embodiments. For example, the anode sheet may include an anode powder, a solvent, and a binder resin, and the binder resin includes a thermosetting resin and a thermoplastic resin. For example, the fuel electrode powder may include a metal oxide such as YSZ and NiO, and may include polyvinyl butyral (PVB) as a thermoplastic resin and a phenol resin as a thermosetting resin. Examples of the solvent include ethanol, toluene, and the like Alone, or in combination.

하부 몰드(130)에는 돌출부(135)가 형성된다. 도시되지는 않았으나, 다른 실시예에서 설명한 것과 유사한 방법으로, 상부 몰드에 돌출부 및 미세 요철부를 형성하여, 전해질층(140)의 표면에 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으 나, 하부 몰드(130) 역시 미세 요철부를 가질 수 있다.A protrusion 135 is formed in the lower mold 130. Although not shown, a pattern can be formed on the surface of the electrolyte layer 140 by forming protrusions and fine irregularities in the upper mold in a manner similar to that described in the other embodiments. Further, although not shown, the lower mold 130 may also have a fine uneven portion.

도 13을 참조하면, 하부 몰드에 형성된 돌출부(135)의 형상에 따라 연료극층(120)의 하면에 홈(125)이 형성된다. 설명한 바와 같이, 상부 몰드에 형성된 돌출부 및 요철부의 형상에 따라 전해질층의 표면에 패턴이 형성될 수도 있다. 연료극층(120) 하면에 형성된 홈(125)은 연료 및 가스의 유로를 형성한다. 또한, 홈이 형성된 시트는 소결되어 연료극/전해질 지지체를 형성한다. 따라서, 연료극/전해질 지지체의 일면, 즉, 연료극층의 일면에(200)에 홈(125)에 해당되는 유로(125)가 형성된다. 이후, 연료극/전해질 지지체의 타면, 즉, 전해질층(140)의 노출된 표면에 공기극층(150)을 형성하여, 연료전지 단일 셀을 완성한다. Referring to FIG. 13, grooves 125 are formed on the lower surface of the anode layer 120 according to the shape of the protrusion 135 formed in the lower mold. As described above, a pattern may be formed on the surface of the electrolyte layer depending on the shape of the protrusions and irregularities formed in the upper mold. The grooves 125 formed in the bottom surface of the anode layer 120 form fuel and gas flow paths. Further, the grooved sheet is sintered to form a fuel electrode / electrolyte support. Therefore, a flow path 125 corresponding to the groove 125 is formed on one surface of the anode / electrolyte support, that is, on one surface of the anode layer 200. Thereafter, the cathode layer 150 is formed on the exposed surface of the electrolyte layer 140 on the other side of the anode / electrolyte support, thereby completing a fuel cell single cell.

실시예에 따르면, 연료극/전해질 지지체를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 전해질층에 패턴을 형성할 경우, 연료극층과 전해질층의 반응 면적, 공기극층과 전해질층의 반응 면적을 증가시켜, 연료전지의 작동효율을 증가시킬 수 있다.According to the embodiment, not only the fuel electrode / electrolyte support can be easily manufactured, but also when the pattern is formed on the electrolyte layer, the reaction area of the anode layer and the electrolyte layer, the reaction area of the cathode layer and the electrolyte layer are increased, The operating efficiency of the battery can be increased.

실험예Experimental Example

실시예 1Example 1

본 발명의 제조방법에 따른 전해질 패턴의 형상 유지 능력을 평가하기 위하여 시편을 제작하여 실험하였다.In order to evaluate the shape retention ability of the electrolyte pattern according to the manufacturing method of the present invention, a test piece was manufactured and tested.

구체적으로, YSZ 분말, 용매로서 에탄올 및 톨루엔, 분산제로서 에스테르계 분산제인 SN9228(상품명, Monsanto), 열가소성 수지로서 폴리비닐부티랄 수지인 B98(상품명, Butvar) 및 열경화성 수지로서 페놀계 수지인 KC-3023(상품명, 강남화성), 가소제로서 벤질부틸프탈레이트(BBP)계인 S160(상품명, 산노프코)를 포함하는 슬러리를 테이프 캐스팅하여 두께가 약 170㎛인 전해질 시트를 제조하였다. YSZ 분말 100 중량부에 대하여, 용매는 약 60 중량부, 분산제는 약 4 중량부, 폴리비닐부티랄 수지는 약 6 중량부, 페놀계 수지는 약 8 중량부, 가소제는 약 10 중량부를 포함하였다. Concretely, YSZ powder, ethanol and toluene as a solvent, SN9228 (trade name, Monsanto) as an ester dispersing agent, B98 (trade name, Butvar), a polyvinyl butyral resin as a thermoplastic resin, and KC- 3023 (trade name, manufactured by Kangnam Hwasung) and S160 (trade name, San Nopco) as benzyl butyl phthalate (BBP) as a plasticizer was tape-cast to prepare an electrolyte sheet having a thickness of about 170 탆. About 60 parts by weight of the solvent, about 4 parts by weight of the dispersant, about 6 parts by weight of the polyvinyl butyral resin, about 8 parts by weight of the phenol resin, and about 10 parts by weight of the plasticizer, based on 100 parts by weight of the YSZ powder .

전해질 시트를 패턴이 형성된 상부 몰드와 평탄한 하부 몰드 사이에서 약 1ton/cm²의 압력으로 약 60℃에서 약 300초 동안 가압하여, 2cm X 2cm의 시편을 제조하고, 이를 약 1,400℃에서 약 3시간 동안 소결하여 전해질 지지체를 형성하였다. 시편 제조 과정에서 소결 전과, 소결 후의 상태를 기록하여 패턴의 변형 여부를 관찰하였다.The electrolyte sheet was pressed between the patterned upper mold and the planar lower mold at a pressure of about ¹ ton / cm ² at about 60 ° C for about 300 seconds to prepare a 2 cm x 2 cm sample, which was then fired at about 1,400 ° C for about 3 hours Lt; / RTI > to form an electrolyte support. Before and after sintering, the state of the specimens was recorded and the deformation of the patterns was observed.

비교예 1Comparative Example 1

YSZ 분말, 용매로서 에탄올 및 톨루엔, 분산제로서 에스테르계 분산제, 열가소성 수지로서 폴리비닐부티랄 수지, 가소제로서 벤질부틸프탈레이트(BBP)를 포함하는 슬러리를 테이프 캐스팅하여 전해질 시트를 제조하였다. 구체적인 사용물질은 실시예 1과 동일하며, YSZ 분말 100 중량부에 대하여, 용매는 약 60 중량부, 분산제는 약 4 중량부, 폴리비닐부티랄 수지는 약 14 중량부, 가소제는 약 10 중량부를 포함하였다.YSZ powder, a slurry containing ethanol and toluene as a solvent, an ester dispersant as a dispersant, a polyvinyl butyral resin as a thermoplastic resin, and benzylbutyl phthalate (BBP) as a plasticizer were tape-cast to prepare an electrolyte sheet. Specifically, the same materials as used in Example 1 were used. About 60 parts by weight of the solvent, about 4 parts by weight of the solvent, about 14 parts by weight of the polyvinyl butyral resin and about 10 parts by weight of the plasticizer were added to 100 parts by weight of the YSZ powder Respectively.

전해질 시트를 실시예 1과 동일한 방법으로 가압 및 소결하고, 소결 전과, 소결 후의 상태를 기록하여 패턴의 변형 여부를 관찰하였다.The electrolyte sheet was pressed and sintered in the same manner as in Example 1, and the state before sintering and after sintering were recorded to observe whether the pattern was deformed.

도 14A는 본 발명의 실시예 1의 시편의 소결 전의 측단면을 나타내는 사진이 고, 도 14B는 실시예 1의 시편의 소결 후의 측단면을 나타내는 사진이다. 도 15A는 비교예 1의 시편의 소결 전의 측단면을 나타내는 사진이고, 도 16B는 비교예 1의 시편의 소결 후의 측단면을 나타내는 사진이다. Fig. 14A is a photograph showing a side section of the specimen of Example 1 of the present invention before sintering, and Fig. 14B is a photograph showing a side section of the specimen of Example 1 after sintering. Fig. 15A is a photograph showing a side section of the specimen of Comparative Example 1 before sintering, and Fig. 16B is a photograph showing a side section of the specimen of Comparative Example 1 after sintering.

도 14A 내지 도 15B를 참조하면, 열가소성 수지만을 사용한 비교예 1의 경우, 패턴의 변형이 관찰되었으나, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 모두 사용한 실시예 1의 경우, 패턴이 거의 변형되지 않았음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 전해질 지지체는 낮은 전기 저항과 넓은 반응 면적을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 패턴 형상과 미세 요철부의 전사를 보다 정확하게 함으로써 전지 효율 증대를 효율적으로 달성할 수 있다.14A to 15B, in the case of Comparative Example 1 using only thermoplastic resin, the deformation of the pattern was observed, but in the case of Example 1 using both the thermoplastic resin and the thermosetting resin, . Therefore, the electrolyte support produced according to the present invention can have low electric resistance and a wide reaction area, and can more efficiently increase the cell efficiency by more accurately transferring the pattern shape and the fine irregularities.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

상기와 같이 본 발명에 따른 평판현 연료전지의 제조방법은 휴대용 소형 전지, 발전소용 대형 전지 등의 제조에 사용될 수 있다.As described above, the method of manufacturing a planar horn fuel cell according to the present invention can be used for manufacturing a portable small battery, a large-sized battery for a power plant, and the like.

도 1은 종래 기술에 따른 전해질 시트의 제조방법을 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional method for producing an electrolyte sheet.

도 2는 종래 기술에 따라 제조된 전해질 시트의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of an electrolyte sheet produced according to the prior art.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법에 따라 제조된 전해질 시트를 나타내는 평면도이다. 6 is a plan view showing an electrolyte sheet manufactured according to a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법에 따라 제조된 전해질 시트를 나타내는 평면도이다.7 is a plan view showing an electrolyte sheet manufactured according to a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 9 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 12 및 도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 12 and 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 14a는 본 발명의 실시예 1의 시편의 소결 전의 측단면을 나타내는 사진이다. 14A is a photograph showing a side section of a specimen of Example 1 before sintering according to the present invention.

도 14b는 실시예 1의 시편의 소결 후의 측단면을 나타내는 사진이다.14B is a photograph showing a side section of the specimen of Example 1 after sintering.

도 15a는 비교예 1의 시편의 소결 전의 측단면을 나타내는 사진이다. 15A is a photograph showing a side cross-section of the specimen of Comparative Example 1 before sintering.

도 15b는 비교예 1의 시편의 소결 후의 측단면을 나타내는 사진이다. 15B is a photograph showing a side cross-section after sintering of the specimen of Comparative Example 1. Fig.

Claims (14)

금속산화물 분말 및 바인더 수지를 포함하는 전해질 시트를 준비하는 단계;Preparing an electrolyte sheet comprising a metal oxide powder and a binder resin; 상기 전해질 시트를 가압하여 패턴을 형성함으로써, 제1 영역과 상기 제1 영역보다 얇은 두께를 갖는 제2 영역을 형성하는 단계;Forming a first region and a second region having a thickness thinner than the first region by pressing the electrolyte sheet to form a pattern; 상기 패턴이 형성된 전해질 시트를 소결하여 전해질 지지체를 형성하는 단계; 및Sintering the patterned electrolyte sheet to form an electrolyte support; And 상기 전해질 지지체의 일면에 공기극층을 형성하고, 타면에 연료극층을 형성하는 단계를 포함하고,Forming a cathode layer on one surface of the electrolyte support and forming a fuel electrode layer on the other surface, 상기 바인더 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조 방법.Wherein the binder resin comprises a thermosetting resin and a thermoplastic resin. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전해질 시트는 YSZ 분말, 폴리비닐부티랄 수지 및 페놀 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the electrolyte sheet comprises a YSZ powder, a polyvinyl butyral resin, and a phenolic resin. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역의 두께는 100 내지 300㎛이고, 상기 제2 영역의 두께는 제1 영역의 10 내지 50%인 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the thickness of the first region is 100 to 300 占 퐉, and the thickness of the second region is 10 to 50% of the first region. 제1항에 있어서, 상기 패턴의 측단면은 반구형 또는 모서리가 라운드진 다각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the side surface of the pattern has a hemispherical shape or a polygonal shape with rounded corners. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역을 둘러싸도록 평면상에서 서로 연결되는 그물 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the first region has a net shape connected to the planar solid oxide fuel cell so as to surround the second region. 제1항에 있어서, 상기 제2 영역의 면적은 전체 면적의 30 내지 90%인 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method of claim 1, wherein the area of the second region is 30 to 90% of the total area. 제1항에 있어서, 상기 패턴의 형성은 상기 전해질 시트를 롤러로 가압하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the formation of the pattern is performed by pressing the electrolyte sheet with a roller. 제1항에 있어서, 상기 패턴의 형성은 상기 전해질 시트를 상부 몰드와 하부 몰드 사이에서 가압하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the formation of the pattern is performed by pressing the electrolyte sheet between an upper mold and a lower mold. 제9항에 있어서, 상기 몰드의 표면 및 이에 대응하는 전해질 지지체의 표면에는 미세 요철부가 형성되며, 상기 미세 요철부의 조도(Ra)는 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.The method of manufacturing a flat plate solid oxide fuel cell according to claim 9, wherein the surface of the mold and the surface of the electrolyte support corresponding thereto are provided with micro concavo-convex portions and the roughness Ra of the micro concavo-convex portions is 20 탆 or less . 금속 산화물 분말 및 바인더 수지를 포함하는 연료극층을 갖는 시트를 준비하는 단계;Preparing a sheet having an anode layer including a metal oxide powder and a binder resin; 상기 시트를 가압하여 패턴을 형성함으로써, 상기 시트의 일면에 홈을 형성하는 단계; 및Forming a groove on one surface of the sheet by pressing the sheet to form a pattern; And 상기 패턴이 형성된 시트를 소결하여, 일면에 상기 홈에 대응하는 유로를 갖는 지지체를 형성하는 단계를 포함하고,Sintering the sheet on which the pattern is formed to form a support having a channel corresponding to the groove on one surface thereof, 상기 바인더 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 포함하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조 방법.Wherein the binder resin comprises a thermosetting resin and a thermoplastic resin. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11, 상기 지지체의 타면에 전해질층을 형성하는 단계; 및Forming an electrolyte layer on the other surface of the support; And 상기 전해질층 상에 공기극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.Further comprising forming a cathode layer on the electrolyte layer. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제11항에 있어서, 상기 시트를 준비하는 단계는, 연료극 시트 상에 전해질 시트를 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.12. The method according to claim 11, wherein preparing the sheet comprises laminating an electrolyte sheet on the fuel electrode sheet. 제13항에 있어서, 상기 지지체의 타면에 공기극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 고체산화물 연료전지의 제조방법.14. The method of claim 13, further comprising forming a cathode layer on the other side of the support.

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