KR102037938B1 - Cathode current collector for solid oxide fuel cells and current collector method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 이를 이용한 공기극 집전 방법이 제공된다. 보다 구체적으로, 상기 공기극 집전체는 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)으로서, 이를 이용하여 고체산화물 연료전지를 작동시키는 경우 공기극에서의 집전을 용이하게 할 수 있다. The present invention provides a cathode current collector for a solid oxide fuel cell and a cathode current collecting method using the same. More specifically, the cathode current collector is a porous nickel foam coated with a lithium compound, and when the solid oxide fuel cell is operated using the cathode collector, it may facilitate current collection at the cathode.

Description

고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 이를 이용한 공기극 집전 방법 {CATHODE CURRENT COLLECTOR FOR SOLID OXIDE FUEL CELLS AND CURRENT COLLECTOR METHOD USING THE SAME}Cathode collector for solid oxide fuel cell and cathode collector method using same {CATHODE CURRENT COLLECTOR FOR SOLID OXIDE FUEL CELLS AND CURRENT COLLECTOR METHOD USING THE SAME}

본 발명은 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 이를 이용한 공기극 집전 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 공기극 집전체는 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)으로서, 이를 이용하여 고체산화물 연료전지를 작동시키는 경우 공기극에서의 집전을 용이하게 한다.The present invention relates to a cathode current collector for a solid oxide fuel cell and a cathode current collecting method using the same. More specifically, the cathode current collector is a porous nickel foam coated with a lithium compound, and when the solid oxide fuel cell is operated using the cathode collector, it is easy to collect current in the cathode.

연료전지는 연료극(anode) 및 공기극(cathode)과 치밀한 구조의 전해질(electrolyte)로 구성된 셀(cell)을 기본으로 하고, 연료극에는 수소, 공기극에는 공기가 주입될 때 전해질을 통해 이온이 이동하면서 최종적으로 물을 생성시키는 발전시스템이다. 이때, 전자는 분리판을 통해 외부로 흐르게 되며, 이와 같은 분리판과 셀(cell)의 조합을 단위 전지(unit cell)라고 부르며, 이러한 단위 전지들이 직렬로 연결된 상태를 연료전지 스택(stack)이라고 한다.The fuel cell is based on a cell composed of an anode and a cathode and an electrolyte with a compact structure, and when ions are moved through the electrolyte when hydrogen is injected into the anode and air is injected into the cathode, the ions move through the electrolyte. It is a power generation system that produces water. At this time, the electrons flow to the outside through the separator plate, and the combination of the separator plate and the cell is called a unit cell, and the state in which the unit cells are connected in series is called a fuel cell stack. do.

보다 구체적으로, 단위 전지(unit cell)는 분리판, 셀(cell), 집전체로 구성되는데, 이 중 셀(cell)은 PEMFC, MCFC, SOFC 등 연료전지의 정류에 따라 그 구성에 차이가 있다. More specifically, a unit cell is composed of a separator, a cell, and a current collector. Among them, the cell has a different configuration depending on the rectification of a fuel cell such as PEMFC, MCFC, and SOFC. .

일반적으로 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell; SOFC)의 경우 연료극, 공기극 및 전해질로 이루어진 셀(cell) 구조를 갖는다. 이때, 연료로 사용되는 수소와 공기를 분리해주고 가스가 흐르는 유로('채널'이라고 함)를 형성함과 동시에 단위 전지 간의 전기적인 연결을 위하여 분리판(separator)이 사용된다. 특히, 연료극과 분리판, 공기극과 분리판 사이에는 집전체(current collector)를 더 구비함으로써, 전극과 분리판이 전기적으로 균일하게 접촉할 수 있도록 한다.In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) has a cell structure consisting of a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte. At this time, a separator is used to separate hydrogen and air used as fuel and to form a flow path (called 'channel') through which gas flows, and for electrical connection between unit cells. In particular, a current collector is further provided between the anode and the separator, and the cathode and the separator so that the electrode and the separator can be electrically and uniformly contacted.

상기 구성요소들은 고체산화물 연료전지의 성능 및 수명을 결정하는 데 있어 매우 중요한 역할을 하고 있기 때문에 각 구성요소들의 재료는 전지 작동조건에서 전기화학적 성능뿐만 아니라 구조적 및 화학적 안정성을 확보하여야만 한다. 특히, 기존의 고체산화물 연료전지는 700℃~1000℃ 부근의 고온에서 작동되기 때문에 각 구성요소 재료들 간의 열팽창 계수를 최소화하여 열 사이클 (thermal cycle) 시의 기계적 응력을 없애야 하며, 또한 각 구성요소들 간의 계면에서 상호확산을 방지하여야만 한다. 따라서 각 구성요소의 재료를 선정하는데 있어서 내부저항(internal resistance)과 전극분극(electrode polarization)을 최소화하는 방향과 각 구성요소들 간의 구조적 및 화학적 안정성을 확보하는 방향으로 연구가 진행되고 있다. Since these components play a very important role in determining the performance and lifetime of the solid oxide fuel cell, the materials of each component must ensure structural and chemical stability as well as electrochemical performance under cell operating conditions. In particular, the existing solid oxide fuel cell operates at a high temperature around 700 ℃ ~ 1000 ℃ to minimize the coefficient of thermal expansion between each component material to eliminate the mechanical stress during the thermal cycle (component) Interdiffusion at the interface between them must be prevented. Therefore, in selecting the material of each component, research is being conducted in the direction of minimizing internal resistance and electrode polarization and securing structural and chemical stability between the components.

현재 이 분야 선두주자인 블룸에너지(Bloomenergy) 사는 전해질 지지체형의 소형 셀(10㎝×10㎝)로 이루어진 소형 스택을 다수 연결하여 발전용량을 확장하는 형태를 개발하여 상품화하고 있다. 그러나 가격경쟁력을 확보하기 위해서는 셀 대면적화를 통하여 출력 당 스택 및 집전 소재 비용을 줄여야만 한다. Bloommen, a leader in this field, has developed and commercialized a form that expands power generation capacity by connecting a large number of small stacks of electrolyte-supported small cells (10 cm x 10 cm). However, in order to secure price competitiveness, the cost of stack and current collector materials per output must be reduced through large cell area.

특히 저항분극의 경우, 전해질 두께를 수 ㎛ 이하로 줄임으로써 SOFC의 출력밀도를 수 W/㎠로 획기적으로 개선할 수 있었다. 그러나 대부분 코인셀 형태의 1인치 이하의 소형 단전지에서 측정된 결과로 이를 10㎝×10㎝ 이상 대면적화하거나 혹은 같은 소재의 구성요소들(전해질, 공기극, 연료극 및 분리판/집전체 등)로 제작된 스택 운전에서는 1/3 이하의 출력밀도를 보이는 것이 일반적이다. 이는 기체분배에 의한 전극분극의 영향도 일부있으나 대부분 집전 특히, 불충분한 공기극 집전에 의한 내부저항 증가가 원인이다. In particular, in the case of resistance polarization, the power density of the SOFC can be remarkably improved to several W / cm 2 by reducing the electrolyte thickness to several μm or less. However, in most small cell sizes of 1 inch or smaller, which are coin cell type, the result is a large area of 10cm × 10cm or more, or the components of the same material (electrolyte, air electrode, fuel electrode, and separator / current collector). It is common for the fabricated stack operation to show less than 1/3 power density. This is due to some effects of electrode polarization due to gas distribution, but most of it is due to the increase in internal resistance due to current collection, in particular, insufficient cathode current collection.

따라서, 기존 SOFC의 공기극 집전의 단점들을 극복하기 위한 여러 가지 시도가 이루어져왔으며, 주로 귀금속 재료인 금, 은, 백금 등의 paste를 전극표면에 다량 도포하거나 이들 귀금속 메시(mesh)를 사용함으로써 집전 저항을 줄이려는 시도를 하여 왔다. 가격저감화의 목적으로 최근 귀금속 소재 대신 공기극으로 사용하는 전극분말 페이스트(paste)를 사용하여 공기극 집전을 시도하고 있으나 작동온도 하에서 충분한 소결성을 확보하기 어려워 귀금속 paste 보다 높은 내부저항을 보이는 것이 일반적이고 또한 스택의 경우, 밀봉소재와의 주저앉음(sagging) 특성 차이로 집전소재와 분리판 간 차(gap)가 발생하여 내부저항이 크게 증가하여 셀 및 스택 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.Therefore, various attempts have been made to overcome the shortcomings of the cathode current collector of the conventional SOFC, and current collector resistance is mainly applied by applying a large amount of paste such as gold, silver, and platinum, which are precious metal materials, on the electrode surface or by using these precious metal meshes. Attempts have been made to reduce this. In order to reduce the price, the electrode powder paste is used instead of the precious metal material as the cathode, but it is difficult to secure sufficient sinterability under the operating temperature. In the case of a gap between the current collector material and the separator plate due to the difference in the sagging properties of the sealing material (gap) occurs, the internal resistance is greatly increased and the cell and stack performance is deteriorated.

이와 같이, SOFC를 상용화하기 위해서는 값싼 제조 공정, 안정된 성능을 갖도록 하는 것이 필수적인데, 종래의 SOFC 단전지 및 스택 공기극 집전 방식으로는 이러한 문제점이나 요구들을 해결하지 못하였으며, 고성능 SOFC에 적합한 공기극 집전체 또는 집전방법은 아직까지 개발된 바 없다.As such, in order to commercialize SOFC, it is essential to have a cheap manufacturing process and stable performance. Conventional SOFC unit cells and stacked cathode current collectors have not solved these problems or demands, and cathode current collectors suitable for high performance SOFC are required. Or a current collecting method has not been developed yet.

W. D. Kingery, H. K. Bowen, and D. R. Uhlmann, “Introduction to Ceramics”, pp. 899-902, John Wiley & Sons, Inc. 1976.W. D. Kingery, H. K. Bowen, and D. R. Uhlmann, “Introduction to Ceramics”, pp. 899-902, John Wiley & Sons, Inc. 1976. C.H.P. Lupis, “Chemical Thermodynamics of Materials”, pp. 133-137, Elsevier Science Publishing Co., Inc. 1983.C.H.P. Lupis, “Chemical Thermodynamics of Materials”, pp. 133-137, Elsevier Science Publishing Co., Inc. 1983.

본 발명의 일 목적은 SOFC를 상용화하기 위하여, 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)으로서, 가격이 저렴하고 고온에서도 공기극 집전 성능이 뛰어난 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a cathode current collector for a solid oxide fuel cell having a low cost and excellent cathode current collector performance even at high temperature as a porous nickel foam coated with a lithium compound in order to commercialize SOFC.

본 발명의 또다른 목적은 전술한 공기극 집전체를 이용하여, 작동온도 전후 공기극 전면적에서 집전이 효율적으로 이루어져, 고체산화물 연료전지의 성능이 안정화되도록 하는 고체산화물 연료전지의 공기극 집전 방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a cathode current collecting method of a solid oxide fuel cell in which current collection is efficiently performed at the entire cathode surface before and after the operating temperature by using the cathode current collector described above to stabilize the performance of the solid oxide fuel cell. .

본 발명의 예시적인 구현예들에서는 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체로서, 상기 공기극 집전체는 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)인, 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체를 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention provide a cathode current collector for a solid oxide fuel cell, wherein the cathode current collector is a porous nickel foam coated with a lithium compound.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는 다공성 니켈 폼(foam)을 준비하는 단계; 및 상기 다공성 니켈 폼(foam)을 리튬 화합물로 코팅하는 단계;를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 제조 방법를 제공한다.Another exemplary embodiment of the present invention includes the steps of preparing a porous nickel foam; It provides a cathode current collector manufacturing method for a solid oxide fuel cell comprising a; and coating the porous nickel foam (foam) with a lithium compound.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는 공기극, 연료극, 전해질 및 분리판을 포함하는 고체산화물 연료전지로서, 상기 공기극과 분리판 사이에는 전술한 공기극 집전체를 더 포함하는 것인 고체산화물 연료전지를 제공한다.In another exemplary embodiment of the present invention, a solid oxide fuel cell including an air electrode, a fuel electrode, an electrolyte, and a separator, and further comprising the above-described cathode current collector between the cathode and the separator. To provide.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는 고체산화물 연료전지의 공기극 집전 방법에 있어서, 전술한 공기극 집전체를 분리판의 채널부와 공기극 사이에 위치시키는 단계; 고체산화물 연료전지의 온도를 작동 온도까지 승온시키는 단계; 공기극에 공기 또는 산소를 공급하는 단계; 상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam) 내의 니켈이 NiO로 산화하여 코팅된 리튬 화합물과 반응하는 단계;를 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 공기극 집전 방법를 제공한다.In still another exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method for collecting a cathode of a solid oxide fuel cell, the method comprising: placing the cathode collector between a channel portion of a separator and an cathode; Raising the temperature of the solid oxide fuel cell to an operating temperature; Supplying air or oxygen to the cathode; It provides a cathode current collecting method of a solid oxide fuel cell comprising a; in the porous nickel foam coated with a lithium compound (Ni) is oxidized with NiO to react with the coated lithium compound.

본 발명의 구현예들에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체는 기존의 귀금속 소재에 비하여 저가의 니켈(Ni) 소재 특히, 리튬화합물로 코팅된 폼(foam) 형태의 소재를 포함하여, SOFC 공기극(cathode)에서 효과적인 집전이 가능하다.The cathode current collector for a solid oxide fuel cell according to embodiments of the present invention includes an inexpensive nickel (Ni) material, in particular, a foam-type material coated with a lithium compound, compared to a conventional precious metal material. Effective current collection at the cathode is possible.

특히, 상기 공기극 집전방법의 경우, 상기 공기극 집전체를 이용하여 공기극 집전부(current collector)와 밀봉재(sealant)와의 차(gap)에 따른 스택 내의 내부저항을 저하시켜, SOFC 작동온도 전후 공기극 전면적에서 집전이 효율적으로 이루어져, 셀 및 스택 성능을 향상시킬 수 있다.Particularly, in the case of the cathode current collecting method, the cathode current collector is used to lower internal resistance in the stack due to a gap between the cathode current collector and the sealant, so that the cathode surface area before and after the SOFC operating temperature is reduced. Current collection can be efficiently performed to improve cell and stack performance.

도 1a 및 1b는 온도 상승에 따른 본 발명 실시예 1에 따른 공기극 집전체(coating LiOH)(도 1a) 및 비교예 1에 따른 공기극 집전체(pure Ni foam)(도 1b) 에 대하여, 온도를 승온하면서 전기저항 값을 측정한 결과이다.
도 2는 본 발명의 본 발명 실시예 1에 따른 공기극 집전체(Ni foam coated with LiOH) 및 비교예 1에 따른 공기극 집전체(pure Ni foam)를 포함한 각각의 고체산화물 연료전지의 셀 성능을 측정한 결과이다.
도 3은 본 발명에서 제공하는 공기극 집전체와 이를 포함한 고체산화물 연료전지의 모식도를 나타낸 것이다. (a)는 SOFC 셀 집전 및 밀봉 형태 모식도 이고, (b)는 일반 세라믹 혹은 귀금속 집전체를 사용한 경우, 작동온도에서 밀봉재 유리화 후 집전체 및 셀과 높이 차(gap)를 보여주는 모식도이며, (c)는 니켈 폼에 본 발명에서와 같이 리튬화합물을 첨가 또는 코팅한 경우, 밀봉재 유리화 이후 니켈 폼 집전체 역시 하중 방향으로 수축하면서 밀봉과 집전을 원활하게 해주는 현상에 대한 모식도이다.1A and 1B illustrate a temperature of a cathode current collector (coating LiOH) according to Example 1 of the present invention (pure 1A) and a cathode collector (pure Ni foam) according to Comparative Example 1 (FIG. It is the result of measuring the electric resistance value while raising temperature.
FIG. 2 is a view illustrating measurement of cell performance of each solid oxide fuel cell including a cathode current collector (Ni foam coated with LiOH) and a cathode current collector (pure Ni foam) according to Comparative Example 1 of the present invention. One result.
Figure 3 shows a schematic diagram of a cathode current collector and a solid oxide fuel cell including the same provided in the present invention. (a) is a schematic diagram of SOFC cell current collector and sealing type, and (b) is a schematic diagram showing the height difference between the current collector and the cell after vitrification of the sealing material at the operating temperature when using a general ceramic or precious metal current collector, and (c) ) Is a schematic diagram of a phenomenon in which the nickel foam current collector also shrinks in the load direction and facilitates sealing and current collecting when the lithium compound is added or coated to the nickel foam as in the present invention.

용어 정의Term Definition

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are only illustrated for illustrative purposes, and the embodiments of the present invention may be embodied in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention may be modified in various ways and may have various forms, and the embodiments are not intended to limit the present invention to the specific disclosed forms, and all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. It will be understood to include.

본 명세서에서 공기극은 일반적인 연료전지에서 지칭하는 공기(산소)를 공급하는 공기극을 의미하고, 연료극은 일반적인 연료전지에서 지칭하는 연료(수소)를 공급하는 연료극을 의미한다.In the present specification, the cathode refers to an anode supplying air (oxygen) referred to in a general fuel cell, and the anode refers to an anode supplying fuel (hydrogen) referred to in a general fuel cell.

본 명세서에서 공기극 집전체(current collector)는 상기 공기극과 분리판 사이에 구비되는 것으로, 전극과 분리판이 전기적으로 균일하게 접촉할 수 있도록 하는 것을 의미한다. In the present specification, a cathode collector (current collector) is provided between the cathode and the separator, and means that the electrode and the separator can be electrically and uniformly contacted.

이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, which are described for purposes of illustration, whereby the technical idea of the present invention and its configuration and application are not limited.

예시적인 Illustrative 구현예들의Of embodiments 설명 Explanation

이하, 본 발명의 예시적인 구현예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail.

고체산화물 연료전지용 Solid Oxide Fuel Cell 공기극Air cathode 집전체House

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체로서, 상기 공기극 집전체는 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)인, 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체를 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, as a cathode current collector for a solid oxide fuel cell, the cathode current collector is a porous nickel foam coated with a lithium compound, and provides a cathode current collector for a solid oxide fuel cell.

일반적으로 SOFC 작동온도(500℃ 이상)에서는 니켈 폼은 공기극에 공급되는 공기에 의해 산화되어 부도체인 니켈 산화물(NiO)을 형성하기 때문에 공기극 집전체로 사용할 수 없다. 그러나 본 발명에서와 같이 니켈 폼에 리튬 화합물을 코팅하면 SOFC 작동온도 이전에 공기극에 주입한 공기(air)에 의해, 니켈 폼이 산화되면서 리튬화합물과 리튬화(lithiation) 반응이 진행되어 전도성이 높은 Ni1 - xLixO 가 되어 SOFC 공기극을 효과적으로 균일하게 집전할 수 있다(0<x<1). In general, at the SOFC operating temperature (above 500 ° C), the nickel foam is oxidized by the air supplied to the cathode to form nickel oxide (NiO), which is an insulator, and thus cannot be used as the cathode current collector. However, when the lithium compound is coated on the nickel foam as in the present invention, the nickel compound is oxidized by the air injected into the cathode before the SOFC operating temperature, so that the lithium compound and the lithiation reaction proceed to a high conductivity. Ni 1 - x Li x O can be used to efficiently and uniformly collect the SOFC air electrode (0 <x <1).

특히, 본 발명의 공기극 집전체를 사용하는 경우 일반적으로 고체산화물 연료전지 작동시, 공기극의 밀봉을 위한 밀봉재의 유리화 후 발생하는 공기극 집전체(current collector)와 밀봉재(sealant)와의 높이 차(gap) 때문에 발생하는 기존 SOFC 집전문제를 다음과 같이 효과적으로 극복할 수 있다. 즉, 리튬화합물을 포함한 니켈 폼 집전체를, 주저앉음(sagging)이 발생하는 밀봉재 유리화 때까지 금속상태로 유지시켜, 면압(loading pressure) 또는 스택하중에 의해 쉽게 변형되도록 함으로써 공기극 전 면적이 균일하게 니켈 폼 집전체와 접촉될 수 있도록 할 수 있다. In particular, in the case of using the cathode current collector of the present invention, the gap between the current collector and the sealant generated after vitrification of the sealant for sealing the cathode during operation of a solid oxide fuel cell is generally used. The existing SOFC current collection problem can be effectively overcome as follows. That is, the nickel foam current collector containing the lithium compound is kept in the metal state until the sealing material vibrates, which causes sagging, and is easily deformed by the loading pressure or the stack load so that the entire area of the cathode is uniform. Allow contact with the nickel foam current collector.

예시적인 구현예에서, 상기 고체산화물 연료전지 운전시, 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)이 전도성의 Ni1 - xLixO로 변화될 수 있다(0<x<1).In an exemplary embodiment, the solid oxide fuel cell during operation, a porous nickel foam (foam) coated with the lithium compound is a Ni 1 of conductivity may be changed to x Li x O (0 <x <1).

예시적인 구현예에서, 상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼의 기공율은 80% 이상일 수 있다. 고체 산화물 연료 전지는 기본적으로 반응 면적을 확대하기 위해서 다공층의 미세구조를 확보하는 것이 필수적인 상황인데, 본 발명의 경우 니켈 폼(foam)의 형태를 갖추어, 높은 기공율 확보가 가능하므로 기체 확산 저항을 최소화할 수 있다.In an exemplary embodiment, the porosity of the porous nickel foam coated with the lithium compound may be 80% or more. In the solid oxide fuel cell, it is essential to secure the microstructure of the porous layer in order to enlarge the reaction area. In the present invention, a nickel foam has a form, and a high porosity can be ensured, thereby improving gas diffusion resistance. It can be minimized.

예시적인 구현예에서, 상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼의 두께는 0.5 내지 3mm일 수 있고, 상기 공기극 집전체의 두께와 상기 고체산화물 연료전지에 포함된 밀봉재의 두께 차이는 0.1 mm 이하일 수 있다. 본 발명은 기존 산화물 혹은 귀금속 집전체와 달리 고온에서 수축이 가능한 니켈 폼을 사용하여 셀과 집전체 간의 집전을 용이하게 하는 방식이다. 따라서, 작동온도 하에서 연료전지에 가해주는 면압(kgf/cm2) 하에서 상기 니켈 폼이 변형/수축함에 따라, 밀봉재와 집전체 간 두께차를 극복할 수 있다In an exemplary embodiment, a thickness of the porous nickel foam coated with the lithium compound may be 0.5 to 3 mm, and a thickness difference between the thickness of the cathode current collector and the sealant included in the solid oxide fuel cell may be 0.1 mm or less. . The present invention is a method of facilitating current collection between the cell and the current collector by using a nickel foam that can shrink at high temperature, unlike the existing oxide or precious metal current collector. Therefore, as the nickel foam deforms and contracts under a surface pressure (kgf / cm 2 ) applied to the fuel cell under the operating temperature, the thickness difference between the sealing material and the current collector can be overcome.

예시적인 구현예에서, 상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼은 650 내지 750℃에서 250 시간 이상 동안 유지하는 경우, 저항값이 0.05 Ω·㎠ 이하일 수 있다. In an exemplary embodiment, when the porous nickel foam coated with the lithium compound is maintained at 650 to 750 ° C. for 250 hours or more, the resistance value may be 0.05 Ω · cm 2 or less.

예시적인 구현예에서, 상기 리튬 화합물은 LiOH·H2O이고, Li의 NiO에 대한 원자퍼센트(atomic percent)는 5 내지 15 원자퍼센트(atomic percent)일 수 있다. 상기 원자퍼센트가 5 원자퍼센트 미만인 경우 공기극에 공기 주입시 생성된 니켈 산화물(NiO)이 리튬화 반응을 충분히 진행할 수 없어, 부도체인채로 그대로 남아있어 공기극 집전체로의 기능을 할 수 없다. 상기 원자퍼센트가 15 원자퍼센트 초과인 경우, NiO에 고용(solid solution)되지 못한 Li가 LiO를 형성하거나 혹은 초과된 Li에 의해 SOFC 구성요소들 즉, 공기극, 전해질, 연료극 소재와 반응하여 원하지 않는 저항물질을 생성할 가능성이 있다.In an exemplary embodiment, the lithium compound is LiOH.H 2 O, and atomic percent of Li to NiO may be 5 to 15 atomic percent. When the atomic percentage is less than 5 atomic percent, nickel oxide (NiO) generated during the air injection into the cathode cannot sufficiently undergo a lithiation reaction, and remains as a non-conductor so that it cannot function as a cathode current collector. If the atomic percent is greater than 15 atomic percent, Li that is not solid solution in NiO forms LiO or reacts with SOFC components, i.e., cathode, electrolyte, and anode materials, by the excess Li, causing undesirable resistance. There is a possibility of producing a substance.

고체산화물 연료전지용 Solid Oxide Fuel Cell 공기극Air cathode 집전체House 제조 방법 Manufacturing method

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다공성 니켈 폼(foam)을 준비하는 단계; 및 상기 다공성 니켈 폼(foam)을 리튬 화합물로 코팅하는 단계;를 포함하는 전술한 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 제조 방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, the method includes preparing a porous nickel foam; It provides a method for producing a cathode current collector for a solid oxide fuel cell comprising a; and coating the porous nickel foam (foam) with a lithium compound.

다공성 니켈 폼(foam)을 준비하는 단계는 당업계에서 널리 알려진 방법이면 이에 제한되지 않는다.Preparing the porous nickel foam (foam) is not limited to any method well known in the art.

예시적인 구현예에서, 상기 다공성 니켈 폼(foam)을 리튬 화합물로 코팅하는 단계는 침지 방식으로 이루어질 수 있고, 이에 제한되지 않는다. In an exemplary embodiment, the step of coating the porous nickel foam with a lithium compound may be performed in an immersion manner, but is not limited thereto.

고체산화물 연료전지Solid oxide fuel cell

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 공기극, 연료극, 전해질 및 분리판을 포함하는 고체산화물 연료전지로서, 상기 공기극과 분리판 사이에는 전술한 공기극 집전체를 더 포함하는 것인 고체산화물 연료전지를 제공한다.In exemplary embodiments of the present invention, a solid oxide fuel cell including an air electrode, a fuel electrode, an electrolyte, and a separator, wherein the cathode oxide separator further comprises the above-described cathode current collector between the cathode and the separator. to provide.

상기 분리판은 도 3과 같이 채널부를 포함하고, 상기 공기극 집전체는 상기 밀봉재와 채널부 사이에 위치하여 공기를 집전하는 역할을 한다. The separator includes a channel part as shown in FIG. 3, and the cathode current collector is positioned between the sealant and the channel part to collect air.

예시적인 구현예에서, 상기 공기극은 밀봉재를 더 포함하고, 상기 공기극 집전체와 상기 밀봉재의 두께 차이는 0.1 mm 이하일 수 있다. In an exemplary embodiment, the cathode further includes a sealant, and a difference in thickness between the cathode current collector and the sealant may be 0.1 mm or less.

고체산화물 연료전지의 Solid oxide fuel cell 공기극Air cathode 집전 방법 Current collector

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 고체산화물 연료전지의 공기극 집전 방법에 있어서, 전술한 공기극 집전체를 분리판의 채널부와 공기극 사이에 위치시키는 단계; 고체산화물 연료전지의 온도를 작동 온도까지 승온시키는 단계; 공기극에 산소를 공급하는 단계; 상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam) 내의 니켈이 NiO로 산화하여 코팅된 리튬 화합물과 반응하는 단계;를 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 공기극 집전 방법을 제공한다. In an exemplary embodiment of the present invention, a method of collecting a cathode of a solid oxide fuel cell, the method comprising: placing the cathode collector between the channel portion of the separator and the cathode; Raising the temperature of the solid oxide fuel cell to an operating temperature; Supplying oxygen to the cathode; It provides a cathode current collecting method of a solid oxide fuel cell comprising a; in the porous nickel foam coated with the lithium compound (Ni) is oxidized with NiO and reacted with the coated lithium compound.

상기 승온시키는 단계에서 공기극의 밀봉을 위한 밀봉재의 유리화가 먼저 진행되며, 이때 밀봉재의 유리화에 의해 주저앉음(sagging)이 발생한다. 이때, 공기극부에 공급되는 기체는 밀봉재 유리화 온도에서 니켈 폼이 산화되지 않도록 수소와 수증기의 비를 조절하여 니켈이 산화되는 평형산소분압 이하가 되도록 유지한다. 결과적으로 금속 상태인 니켈 폼은 밀봉재의 두께 변화만큼의 변형이 쉽게 일어나 공기극 면적에 고른 집전이 가능하다. In the step of raising the temperature, vitrification of the sealing material for sealing the cathode is performed first, and sagging occurs due to vitrification of the sealing material. At this time, the gas supplied to the cathode is maintained at the equilibrium oxygen partial pressure at which nickel is oxidized by adjusting the ratio of hydrogen and water vapor so that the nickel foam is not oxidized at the sealing material vitrification temperature. As a result, the nickel foam, which is in a metallic state, is easily deformed as much as the thickness change of the sealing material, so that even current collectors can be evenly distributed in the cathode area.

그 후, 공기극에 산소를 공급하는 단계에서는 공기극부의 입구 주입가스 유량과 출구 가스 유량의 변화가 없으면 밀봉재가 기체밀봉의 역할을 효과적으로 수행하는 것이므로, 공기극부의 기체를 SOFC 운전조건에 맞도록 공기 또는 산소를 공급해준다. Then, in the step of supplying oxygen to the cathode, if the inlet gas flow rate and the outlet gas flow rate of the cathode are not changed, the sealing material effectively plays a role of gas sealing. To supply.

예시적인 구현예에서, 상기 반응하는 단계에서, 상기 다공성 니켈 폼(foam)이 전도성의 Ni1 - xLixO로 변화될 수 있다(0<x<1). 예컨대, 상기 x는 0<x<0.9, 0<x<0.8, 0<x<0.7, 0<x<0.6, 또는 0<x<0.5일 수 있다. 공기 또는 산소가 주입되면, 공기 또는 산소 주입 전 금속 상태로 유지하고 있었던 니켈 폼은 산화되어 니켈 산화물(NiO)로 상변화가 일어난다. Ni(7.81g/㎤)에서 NiO(6.67g/㎤)로의 상변화는 밀도변화를 수반하여 약간의 부피팽창을 수반하므로 전극과 채널부의 집전을 보다 용이하게 해준다. In an exemplary embodiment, in the step of the reaction, the porous nickel foam (foam) the conductivity of the Ni 1 may be changed to x Li x O (0 <x <1). For example, x may be 0 <x <0.9, 0 <x <0.8, 0 <x <0.7, 0 <x <0.6, or 0 <x <0.5. When air or oxygen is injected, the nickel foam, which was kept in the metal state before the air or oxygen injection, is oxidized to cause phase change to nickel oxide (NiO). The phase change from Ni (7.81 g / cm 3) to NiO (6.67 g / cm 3) is accompanied by a slight volume expansion accompanied by a change in density, making it easier to collect the electrodes and the channel portion.

그 후, 니켈 폼은 NiO로 산화 후 리튬화합물과 반응하여 니켈 폼 표면부터 리튬화 반응(lithiation)이 일어나 전도성의 Ni1 - xLixO로 변화되어 내부저항이 크게 줄어든다. 상기 Ni1 - xLixO 형태로 변화된 니켈 폼은 여전히 다공성(80% 이상)을 유지하고 있어 SOFC 반응기체인 산소를 셀에 원활하게 공급할 수 있다.After that, the nickel foam is oxidized to NiO and then reacted with a lithium compound to cause lithiation from the surface of the nickel foam to change to conductive Ni 1 - x Li x O, thereby greatly reducing the internal resistance. The nickel foam transformed into the Ni 1 - x Li x O form still maintains porosity (80% or more), so that oxygen, which is a SOFC reactor, can be smoothly supplied to the cell.

상기와 같이 리튬화합물이 코팅된 니켈 폼을 공기극 집전체로 사용함으로써 SOFC의 단점인 밀봉 시 집전이 용이하지 않은 단점과 고가의 귀금속을 사용해야하는 공기극 집전소재 문제를 극복할 수 있다. By using a lithium compound coated nickel foam as the cathode current collector as described above, it is possible to overcome the disadvantage of the cathode current collector material, which requires the use of expensive precious metals and the disadvantage that current collection is not easy when sealing, which is a disadvantage of SOFC.

이하, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 구체적인 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것임이 이해될 것이다.Hereinafter, specific embodiments according to exemplary embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to the following examples, and various forms of embodiments can be implemented within the scope of the appended claims, and the following examples are only common in the art while making the disclosure of the present invention complete. It is to be understood that the invention is intended to facilitate the practice of the invention.

실시예Example :  : 공기극Air cathode 집전체House 제조 Produce

실시예Example 1 One

5㎝×5㎝ 니켈 폼(Ni foam, 기공율 90%, 두깨 1.5mm)에 lithiation 반응을 위한 리튬화합물로 20mol% LiOH·H2O 수용액에 침지코팅 방법으로 코팅하였다. 코팅 후 150℃ 오븐에서 건조 후 무게를 측정하여 최종 Li가 NiO에 대하여 10 atomic % 되도록 니켈 폼 표면에 코팅하였다.5cm × 5cm nickel foam (Ni foam, porosity 90%, thickness 1.5mm) as a lithium compound for lithiation reaction was coated in 20mol% LiOH · H 2 O aqueous solution by immersion coating method. After coating it was dried in an oven at 150 ° C. and weighed to coat the nickel foam surface so that the final Li was 10 atomic% relative to NiO.

비교예Comparative example 1 One

비교를 위하여, 실시예 1과 동일한 방식으로 LiOH·H2O 가 코팅되지 않은 5㎝×5㎝ 순수한 니켈 폼을 제조하였다. For comparison, 5 cm x 5 cm pure nickel foam without LiOH.H 2 O coating was prepared in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental Example

실험예Experimental Example 1 :  One : 승온Elevated temperature 과정에 따른  According to course 공기극Air cathode 집전체의Whole 저항값 측정 Resistance measurement

(1) 도 1a 및 1b는 본 발명 실시예 1에 따른 공기극 집전체(coating LiOH)(도 1a) 및 비교예 1에 따른 공기극 집전체(pure Ni foam)(도 1b)의 각각의 SOFC 작동온도에서 400ml/min의 공기를 흘리면서 저항값을 측정한 결과이다. (1) FIGS. 1A and 1B show the operating temperature of each SOFC of a cathode current collector (coating LiOH) (FIG. 1A) and a cathode Ni foam (Pure Ni foam) (FIG. 1B) according to Comparative Example 1. FIG. This is the result of measuring the resistance value while flowing the air of 400ml / min at.

먼저, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 공기극 집전체를 각각 5㎝×5㎝ 연료극 지지체형 SOFC 단전지(NiO+YSZ/YSZ/LSM) 공기극과 공기극부 채널 위에 위치시키고 스프레이 접착제 (3M 75 스프레이 접착제)를 사용하여 전극과 집전체를 접착시켰다. 이때 밀봉재 두께는 공기극 채널부에 장착한 니켈 폼의 튀어나온 높이(protrusion)와 같도록 조절하였다. 그 후, SOFC 셀 작동온도(700℃)까지 승온하였으며, 이때 셀 작동온도인 700℃에서 유리화가 진행되는 밀봉재를 사용하여 밀봉재가 두께 방향으로 약 5% 주저앉음(sagging)이 발생하였다. 밀봉재 바인더가 제거되는 300℃ 이하까지 공기극부에 공기를 주입하였고, 이 후 질소로 퍼징 후 니켈 폼이 금속 니켈 상태를 유지하도록 H2/H2O 비를 0.01(NiO와 Ni의 700℃ 평형산소분압 이하, Ellingham diagram [2])로 유지하고 총 유량을 100ml/min으로 가스를 공급하였다. 공기극부의 입구 주입가스 유량과 출구 가스 유량의 변화를 측정하여 변화가 없으면 밀봉재 주저앉음(sagging)이 끝나 기체밀봉의 역할을 효과적으로 수행하는 것으로 판단하고 공기극부의 기체를 SOFC 운전조건에 맞도록 질소 퍼징 후 400ml/min 유량의 공기를 공급해주었다. 연료극부 역시 질소로 퍼징 후 상온 수증기 포화조를 통과시켜 400ml/min 유량의 수소(97%H2+3%H2O)를 공급하였다.First, the cathode current collectors according to Example 1 and Comparative Example 1 were placed on a cathode and SOFC unit cell (NiO + YSZ / YSZ / LSM) of 5cm × 5cm, respectively, and spray sprayed (3M 75). Spray adhesive) was used to bond the electrode and the current collector. At this time, the thickness of the seal was adjusted to be equal to the protruding height of the nickel foam mounted on the cathode channel portion. Thereafter, the temperature was raised to the SOFC cell operating temperature (700 ° C.), and at this time, the sealing material was sagging about 5% in the thickness direction by using the sealing material undergoing vitrification at the cell operating temperature of 700 ° C. Air was injected into the cathode to 300 ° C or less where the binder binder was removed, and after purging with nitrogen, the H 2 / H 2 O ratio was 0.01 (700 ° C equilibrium oxygen of NiO and Ni) to maintain the nickel state of the nickel foam. Below the partial pressure, it was maintained on the Ellingham diagram [2]) and gas was supplied at a total flow rate of 100 ml / min. After changing the inlet gas flow rate and the outlet gas flow rate of the cathode part, if there is no change, it is judged that the sealing material finishes sagging and effectively performs the role of gas sealing. Air was supplied at a flow rate of 400 ml / min. The anode part was also purged with nitrogen and passed through a room temperature steam saturation tank to supply hydrogen (97% H 2 + 3% H 2 O) at a flow rate of 400 ml / min.

이 때, 공기극부에서는 공기 주입 전 금속 상태로 유지하고 있었던 니켈 폼이 산화되어 니켈 산화물(NiO)로 상변화가 일어났지만 리튬화 반응(lithiation)공정에 의해 내부저항(IR) 값의 변화가 거의 없었다. 이는 비교예 1(pure Ni foam)의 공기극 집전체를 사용한 것에 비교하여 보다 개선된 내부저항 값으로, 이는 Ni(7.81g/㎤)에서 NiO(6.67g/㎤)로의 상변화가 밀도변화를 수반하여 약간의 부피팽창을 수반하므로 전극과 채널부의 집전을 보다 용이하게 해주었기 때문으로 판단된다. At this time, in the air electrode part, the nickel foam, which was kept in the metal state before the air injection, was oxidized to cause phase change to nickel oxide (NiO), but the change of the internal resistance (IR) value was almost changed by the lithiation process. There was no. This is a more improved internal resistance value compared to using the cathode collector of Comparative Ni 1 (pure Ni foam), in which the phase change from Ni (7.81 g / cm 3) to NiO (6.67 g / cm 3) is accompanied by a change in density. This is because it is easier to collect the electrode and the channel part because it involves a slight volume expansion.

도 1b를 참조하면, 비교예 1의 경우, 초기 0에 가까운 저항값을 보이다가 700℃ 까지 승온 중 점차 저항값이 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 약 300℃ 이상에서 니켈(Ni)이 니켈 산화물(NiO)로 상변화를 일으켜 부도체가 되기 때문이다. Referring to FIG. 1B, in the case of Comparative Example 1, the resistance value near 0 is gradually increased, and the resistance value gradually increases during the temperature increase to 700 ° C. This is because nickel (Ni) causes a phase change to nickel oxide (NiO) and becomes an insulator at about 300 ° C. or higher.

(2) 본 발명 실시예 1에 따른 공기극 집전체(coating LiOH) 및 비교예 1에 따른 공기극 집전체(pure Ni foam)를 포함한 각각의 고체산화물 연료전지를 700℃에서 250 시간 이상 작동시킨 경우, 400ml/min의 공기를 흘리면서 저항값을 측정하였다. 도 1a를 참조하면, (코팅 소재 LiOH·H2O)가 NiO에 대하여 10 atomic % 되도록 니켈 폼 표면에 코팅한 니켈 폼(실시예 1)의 경우, 순수한 니켈 폼(비교예 1, 도 1b)과는 달리 온도가 700℃ 까지 상승 후, 이를 상당 시간동안 유지하여도 저항값이 크게 증가하지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 700℃ 250시간 유지 후 저항값이 0.03 Ω·㎠ 으로 순수한 니켈 폼에 비해 약 130배 이상 낮은 저항값을 나타내었다. (2) When each solid oxide fuel cell including a cathode collector (coating LiOH) according to Example 1 of the present invention and a cathode Ni foam (pure Ni foam) according to Comparative Example 1 was operated at 700 ° C. for 250 hours or more, The resistance value was measured while flowing 400 ml / min of air. Referring to FIG. 1A, in the case of the nickel foam (Example 1) coated on the surface of the nickel foam so that (coating material LiOH.H 2 O) was 10 atomic% with respect to NiO, the pure nickel foam (Comparative Example 1, FIG. 1B). Unlike the temperature rises to 700 ℃, it can be seen that the resistance value does not increase significantly even if maintained for a considerable time. That is, the resistance value was 0.03 Ω · cm 2 after maintaining the temperature at 700 ° C. for 250 hours, and the resistance value was about 130 times lower than that of pure nickel foam.

이는 300℃ 이상에서 순수 니켈 폼과 마찬가지로 니켈이 니켈 산화물로 상변화가 일어나지만 산화된 NiO가 LiOH에 의해 리튬화 반응(lithiation)이 되어 전도성의 Ni1 - xLixO가 되어 고온에서 저항값이 크게 감소하기 때문이다. 따라서 니켈 소재의 집전체에 리튬화 반응(lithiation)이 가능한 리튬 화합물을 코팅 혹은 혼합하면 SOFC 집전체로 사용가능함을 알 수 있다.In the case of pure nickel foam, the phase change of nickel to nickel oxide occurs at 300 ℃ or higher, but the oxidized NiO is lithiated by LiOH to become conductive Ni 1 - x Li x O, resulting in resistance at high temperatures. This is because it is greatly reduced. Therefore, it can be seen that coating or mixing a lithium compound capable of lithiation to a current collector of a nickel material can be used as an SOFC current collector.

반면, 도 1b를 참조하면, 비교예 1의 경우, 700℃ 온도에서 250시간 유지 후 저항값이 45 Ω·㎠ 까지 증가하였는데, 이는 니켈 폼 표면에서부터 내부까지 산화가 진행되기 때문으로 판단된다.On the other hand, referring to Figure 1b, in Comparative Example 1, the resistance value increased to 45 Ω · cm 2 after maintaining 250 hours at 700 ℃ temperature, it is determined that the oxidation proceeds from the nickel foam surface to the inside.

실험예Experimental Example 2 : 고체산화물 연료전지의 성능 측정 2: Performance Measurement of Solid Oxide Fuel Cell

특히, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 실시예 1의 셀 성능 역시 비교예 1(pure Ni foam)를 사용한 기존 SOFC에 비하여 우수한 성능을 보여주고 있는데 이는 니켈 폼 집전체가 여전히 다공성(80% 이상)을 유지하고 있어 SOFC 반응기체인 산소를 셀에 원활하게 공급해줄 수 있어 전기화학반응 기체인 산소의 확산을 용이하게 하기 때문이다.In particular, as can be seen in Figure 2, the cell performance of Example 1 also shows an excellent performance compared to the conventional SOFC using the comparative example (pure Ni foam), which is a nickel foam current collector is still porous (more than 80%) This is because it is possible to smoothly supply oxygen, which is a SOFC reactor, to the cell, thereby facilitating the diffusion of oxygen, which is an electrochemical reaction gas.

Claims (11)

고체산화물 연료전지용 공기극 집전체로서,
상기 공기극 집전체는 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)이고,
상기 리튬 화합물은 LiOH·H2O이고, Li의 NiO에 대한 원자퍼센트(atomic percent)는 5 내지 15 원자퍼센트(atomic percent)이며,
상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼은 650 내지 750℃에서 250 시간 이상 동안 유지하는 경우, 저항값이 0.05 Ω·㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체.
As a cathode current collector for a solid oxide fuel cell,
The cathode current collector is a porous nickel foam (foam) coated with a lithium compound,
The lithium compound is LiOH.H 2 O, atomic percent of Li to NiO is 5 to 15 atomic percent,
The porous nickel foam coated with the lithium compound is a cathode current collector for a solid oxide fuel cell, characterized in that the resistance value is 0.05 Ω · cm 2 or less when maintained at 650 to 750 ° C. for 250 hours or more.
제1항에 있어서,
상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼의 기공율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체.
The method of claim 1,
A porosity of the porous nickel foam coated with the lithium compound is 80% or more characterized in that the cathode current collector for a solid oxide fuel cell.
제1항에 있어서,
상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼의 두께는 0.5 내지 2mm 인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체.
The method of claim 1,
The cathode current collector for a solid oxide fuel cell, characterized in that the thickness of the porous nickel foam coated with the lithium compound is 0.5 to 2mm.
삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 제조 방법으로서,
다공성 니켈 폼(foam)을 준비하는 단계; 및
상기 다공성 니켈 폼(foam)을 리튬 화합물로 코팅하는 단계;를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 제조 방법.
A method for manufacturing a cathode current collector for a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
Preparing a porous nickel foam; And
Coating the porous nickel foam (foam) with a lithium compound; manufacturing method of the cathode current collector for a solid oxide fuel cell comprising a.
제6항에 있어서,
상기 코팅은 침지 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 제조 방법.
The method of claim 6,
The coating is a cathode current collector manufacturing method for a solid oxide fuel cell, characterized in that the immersion method.
공기극, 연료극, 전해질 및 분리판을 포함하는 고체산화물 연료전지로서,
상기 공기극과 분리판 사이에는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 공기극 집전체를 더 포함하는 것인 고체산화물 연료전지.
A solid oxide fuel cell comprising an air electrode, a fuel electrode, an electrolyte, and a separator,
A solid oxide fuel cell further comprising a cathode current collector according to any one of claims 1 to 3 between the cathode and the separator.
제8항에 있어서,
상기 공기극은 밀봉재를 더 포함하고,
상기 공기극 집전체와 상기 밀봉재의 두께 차이는 0.1 mm 이하인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
The method of claim 8,
The cathode further includes a sealing material,
And a thickness difference between the cathode current collector and the sealing material is 0.1 mm or less.
제8항에 있어서,
상기 고체산화물 연료전지 운전시, 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam)이 전도성의 Ni1-xLixO로 변화되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지(0<x<1).
The method of claim 8,
In operation of the solid oxide fuel cell, a solid oxide fuel cell (0 <x <1) characterized in that a porous nickel foam coated with a lithium compound is changed to conductive Ni 1-x Li x O.
고체산화물 연료전지의 공기극 집전 방법에 있어서,
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 공기극 집전체를 채널부와 공기극 사이에 위치시키는 단계;
고체산화물 연료전지의 온도를 작동 온도까지 승온하는 단계;
공기극에 공기 또는 산소를 공급하는 단계;
상기 리튬 화합물로 코팅된 다공성 니켈 폼(foam) 내의 니켈이 NiO로 산화하여 코팅된 리튬 화합물과 반응하는 단계;를 포함하는 것인 고체산화물 연료전지의 공기극 집전 방법.In the cathode current collecting method of a solid oxide fuel cell,
Placing the cathode current collector of any one of claims 1 to 3 between the channel portion and the cathode;
Raising the temperature of the solid oxide fuel cell to an operating temperature;
Supplying air or oxygen to the cathode;
And reacting nickel in the porous nickel foam coated with the lithium compound with NiO to react with the coated lithium compound.
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