KR20090029381A - 고체산화물 연료전지용 밀봉재 및 이를 이용한 가스켓 제조 방법 - Google Patents

고체산화물 연료전지용 밀봉재 및 이를 이용한 가스켓 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료전지용 유리 및 섬유 혼합밀봉재 및 이를 이용한 가스켓 제조에 관한 것으로,
고체산화물 연료전지에 있어서 연료전지 운전 중 양극 및 음극 간 또는 단전지간의 가스흐름을 차단하며 구성 층 사이를 접합 및 스택전체를 지지하기 위해서는 밀봉재가 필수적으로 사용되는데, 기존의 밀봉재는 유리, 결정화 유리, metal을 혼합한 유리, 마이카를 이용한 밀봉 등이 알려져 있으나, 이는 구조적 안정성, 기공형성, 표면반응, 증발 및 수소와의 반응 등의 문제를 안고 있고, 또한 고체산화물 연료전지용 스택의 경우 분리판과 단전지의 형상에 따라 밀봉용 가스켓의 형태가 달라져야 하고 스택을 구성하는 다른 성분과의 팽창계수 차이 등으로 인해 많은 어려움이 많았다.
따라서 본 발명에서는 타 구성성분과 열팽창계수의 차가 적은 밀봉재로 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 일부 다른 산화물을 첨가하여 제조한 유리와 세라믹 fiber를 혼합한 유리 및 섬유혼합 밀봉재를 개발하고, 이를 이용하여 단전지 또는 가스켓의 형상에 따라 제작이 용이한 쉬트 링 및 사각 가스켓을 제조하여 대용량 연료전지로 사용할 수 있으며, 또한 복잡한 형태의 가스켓 제작도 용이하고, 고성능의 고체산화물 연료전지를 제조할 수 있어 가정용, 이동용 및 대발전용 등에 적용이 가능한 가스켓 제조방법이다.
고체산화물 연료전지, 섬유복합 밀봉재, 쉬트형 가스켓

Description

고체산화물 연료전지용 유리 및 섬유혼합 밀봉재 및 이를 이용한 가스켓 제조 방법 {Manufacture of sealing gasket with glass and fiber compound for solid oxide fuel cell}
본 발명은 고체산화물 연료전지용 유리 및 섬유혼합 밀봉재 및 이를 이용한 가스켓 제조방법에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지 스택은 일반적으로 전해질, 음극, 양극으로 이루어진 단전지와 단전지를 연결하는 연결재료, 연결재료와 단전지를 밀봉하는 밀봉재로 구분되어 진다.
이러한 각각의 구성요소는 스택의 형태에 따라 그 형상들과 역할이 조금씩 차이를 나타내는데, 그중에서도, 셀의 구조적 특성상 원통형과 달리 평판형의 경우에는 연료전지 운전 중 양극 및 음극 간 또는 단전지간의 가스흐름을 차단하며 구성층 사이를 접합 및 스택전체를 지지하기 위한 밀봉재로서 밀봉유리(sealing glass)의 개발이 필수적으로 요구된다.
밀봉재는 연료전지 스택의 금속계 연결재 사이를 밀봉하여 연료(fuel)와 산화제(oxidant)의 혼합, 가스 누출(leak) 방지 및 셀(cell)들 사이를 전기적으로 절연하는 것으로, 밀봉재는 밀봉 시 일정한 점도를 유지하여야 하고, 결합 구성요소와의 열팽창계수 차가 10% 이내여야 하며, 셀1(음극, 양극, 전해질, 연결재)과 젖음성(wettability)이 양호하여야 한다. 그래야만 가스누출 등의 위험이 제거되고, 전극 및 전해질과의 화학적 반응이 없게 된다. 또한 전기비저항이 커야 되며, 고온압력 하에서 변형이 없어야 한다.
밀봉재는 완벽한 밀봉, 최소한의 열팽창계수 차, 결합강도, 열에 대한 안정성 및 진동 및 충격에 견디는 저항성과 같은 기계적 특성 외에도, 산화/환원 분위기와, 안전한 타 구성요소와의 화학적 안정성과 수소에 대한 부식과 같은 화학적 특성과, 비전도체적 성질을 가지는 전기적 특성이 요구되어지며, 실제 제조 시 얼마나 저가로 생산이 가능한 가와, 높은 신뢰성 및 다른 스택을 구성하는 요소와의 호환성 등이 요구된다.
따라서 밀봉재를 설계할 때 구성요소들과의 열팽창계수차가 작고, 결합물질들과 화학적 반응이 없으며, 기계적 결합 특성이 우수하며, 산화, 환원 반응이 적고, 장 기 내구성(온도, 습도, 압력)에 견디는 유리 조성으로, 선정한 주성은 금속-유리-세라믹 간의 열팽창계수 값을 조절하고, 우수한 접합성, 기밀성 유지를 위한 밀봉형태로 제조 하여야 한다.
고체산화물 연료전지의 평판형의 경우 연료전지 운전 중 양극 및 음극간 또는 단전지간의 가스흐름을 차단하며 구성 층 사이를 접합 및 스택전체를 지지하기 위한 밀봉재로서 밀봉유리(sealing glass)의 개발이 필수적으로 요구된다. 밀봉재는 스택전체를 지지해 주는 역할을 해야 하므로 고온, 압력 하에서 변형이 일어나지 않아야 하고, 동시에 열팽창계수의 차이에 따른 열응력을 완화시킬 수 있도록 고온 유동성과 고온강도를 동시에 보유하고 있어야 하며, 전지의 가동 중 발생하는 열응력을 최소화하기 위해 전지의 구성 층들과의 일치되는 열팽창계수, 우수한 접합성에 따른 기밀성, 산화 및 환원분위기 가스에 대한 화학적 안정성 등이 요구되며 내열충격성 및 우수한 전기 절연성(2㏀㎠ 이상)이 필요하다. 또한 다공성 미세구조를 갖는 전극과 접촉할 수 있으므로, 접촉시 모세관현상에 의해 미세 기공내로의 침투를 방지하기 위해, 기밀 접착시 피접착재와의 젖음각은 90° 보다 큰 기밀접착재를 사용해야 하며 밀봉재의 점도는 제조온도(850～1000℃)에서 105 Pas, 작동온도(650～850℃)에서 109 Pas 이하 이어야한다.
이와 같은 여러 조건들에 부합하는 밀봉유리를 제조하고자 하는 연구는 SOFC의 개발과 더불어 계속해서 활발하게 진행되어 왔다. SOFC에 사용되는 기밀접착재는 일차적으로 피접착재와 기밀접합이 이루어져야 하고 또한 열팽창계수, 내열성등 앞에 서 언급한 물성을 모두 만족해야 한다.
이러한 문제점을 해결하고자 고체산화물 연료전지용 고온 유리 밀봉재의 현재 종래 사용하는 유리 조성으로는 SrO-La2O3-Al2O3-B2O3- SiO2, 및 BaO-Al2O3-B2O3-As2O3등의 유리가 알려져 있고, 결정화 유리 조성으로는 CaO-Al2O3-SiO2가 있다. 그러나 이미 알려져 사용하고 있는 고온 유리밀봉재 조성으로는 장시간 사용 시 크랙, 표면 탈착, 기공형성, 중간층 형성과 같은 구조 안정성과 표면반응, 기화, 분리, 수소와의 결합과 같은 화학 안정성 등의 문제 외에 밀봉효율이 80%를 넘지 못하는 등의 문제점을 가지고 있다.
또한 일부 금속을 혼합하여 밀봉하기도 하나 그 경우 메탈이 팽창하거나, 환경적으로 안정하지 못한 등의 문제점을 가지고 있고, 마이카 형태로 금속 분리판과 단전지 사이를 밀봉하는 경우가 있으나 열사이클에 약한 문제점을 가지고 있다.
따라서 본 발명에서는 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 볼밀을 이용하여 분쇄한 Al2O3-SiO2 fiber를 0～20wt% 혼합하여 일반 유리밀봉재가 가지고 있는 문제점이 구조적 안정성을 높일 수 있었다.
또한 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 볼밀을 이용하여 분쇄한 Al2O3-SiO2- ZrO2 fiber를 0～20wt% 혼합하여 접합력과 강도를 높일 수 있었다.
또한 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 볼밀을 이용하여 분쇄한 Al2O3-SiO2 fiber 및 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber를 혼합하여 sheet를 제조한 후 사각 및 링 형태의 밀봉 효율 및 치수정밀도가 높고, 복잡한 형상이 가능한 고체산화물 연료전지용 가스켓을 제조하게 되었다.
CaO-Al2O3-B2O3- SiO2계 유리와 Al2O3-SiO2 fiber 및 Al2O3-SiO2 fiber를 혼합한 밀봉재 분말을 이용하여 기존 밀봉재보다 밀봉효율이 우수하고, 강도가 향상되고, 장기 신뢰성이 높은 밀봉재를 제조하고자 하였다. 또한 제조한 fiber 혼합 유리 분말을 이용하여 제조 공정이 간단하고, 복잡한 구조의 간전지와 분리판에 맞는 치수 정밀도가 높고, 밀봉 효율이 높은 밀봉가스켓을 제조하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고체산화물 연료전지 스택은 일반적으로 전해질 음극 양극으로 이루어진 단전지와 단전지를 연결하는 연결재료, 연결재료와 단전지를 밀봉하는 밀봉재로 구분되어 진다.
이러한 각각의 구성요소는 스택의 형태에 따라 그 형상들과 역할이 조금씩 차이를 나타내는데, 그중에서도, 셀의 구조적 특성상 원통형과 달리 평판형의 경우에는 연료전지 운전 중 양극 및 음극 간 또는 단전지간의 가스흐름을 차단하며 구성층 사이를 접합 및 스택전체를 지지하기 위한 밀봉재(sealant)가 필수적으로 사용된다.
밀봉재는 연료전지 스택의 금속계 연결재 사이를 밀봉하여 연료(fuel)와 산화제(oxidant)의 혼합, 가스 누출(leak) 방지 및 셀(cell)들 사이를 전기적으로 절연하는 것으로, 밀봉재는 밀봉 시 일정한 점도를 유지하여야 하고, 결합 구성요소와 의 열팽창계수 차가 10% 이내여야 하며, 셀(음극, 양극, 전해질, 연결재)과 젖음성(wettability)이 양호하여야 한다. 또한 전극 및 전해질과의 화학적 반응이 없어야 되며, 전기비저항이 커야 되며, 고온압력 하에서 변형이 없어야 하고, 실제 제조시 얼마나 저가로 생산이 가능한가와, 높은 신뢰성 및 다른 스택을 구성하는 요소와의 호환성 등이 요구된다.
따라서 밀봉재를 설계할 때 구성요소들과의 열팽창계수차가 작고, 결합물질들과 화학적 반응이 없고, 기계적 결합 특성이 우수하며, 산화, 환원 반응이 적고, 장기 내구성(온도, 습도, 압력)에 견디는 유리 조성으로 설계하고 3종류의 구성요소( 금속-glass-세라믹)들 간에 열팽창계수가 조절되고, 우수한 접합성, 기밀성 유지를 갖는 밀봉재가 될 수 있다.
그러나 유리 성분만으로는 각각의 구성요소(금속-glass-세라믹)들 간의 열팽창계수를 맞추는 것은 많은 문제를 가지고 있고, 특히 스택 적층 시 필요로 하는 강도를 맞추는 것은 더욱 어렵다.
본 발명은 위와 같은 특성을 갖는 밀봉재와 밀봉 가스켓의 제조에 관한 것으로 제조한 유리 및 섬유 혼합밀봉재를 이용하여 쉬트를 제조 한 후 사각 혹은 링 형태의 가스켓을 제조하는 방법에 관한 것이다.
우선 밀봉재는 양극, 음극, 전해질 및 연결재와 유사한 열팽창계수를 갖으면서 젖음성이 우수한 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 볼밀을 이용하여 10분～1시간 동안 분쇄한 Al2O3-SiO2 fiber를 0～20wt% 혼합하여 일반 유리밀봉재가 가지고 있는 문제점이 구조적 안정성을 높일 수 있었다.
또한 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 볼밀을 이용하여 10～1시간 동안 분쇄한 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber를 0～20wt% 혼합하여 접합력과 강도를 높일 수 있었다.
또한 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 볼밀을 이용하여 분쇄한 Al2O3- SiO2 fiber 및 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber를 이용하여 고체산화물 연료전지용 가스켓을 제조하였다.
쉬트형 사각 gasket을 제조하기 위해 Ø30㎜ 알루미나 볼을 이용하여 10분～1시간 동안 pot mill에서 분쇄한 fiber와 밀봉 유리분말을 Ø10㎜ 지르코니아 볼을 이용하여 혼합하였다. 혼합한 분말을 vehicle과 혼합 분말을 0.67:1의 비율로 테프론 pot에서 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 혼합하여 slurry를 제조하였다. 제조한 slurry는 doctor blade를 이용하여 sheet를 제작하였고, 0.4㎜ 이상의 sheet는 50～80℃에서 5～30분간 적층기를 이용하여 원하는 두께로 적층 한 후 원하는 크기의 sheet형 사각 gasket을 제작하였다.
또한 쉬트형 링 gasket은 쉬트형 사각 gasket과 같은 slurry를 이용하여 같은 조건에서 제조하였다.
이와 같은 공정으로 제조된 가스켓은 밀봉 효율이 높고 단전지와 분리판 등과 정확하게 크기를 맞출 수 있으며, 단전지에 맞는 형태로 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한 치수 정밀도가 높은 가스켓을 쉽제 제조할 수 있고, 연료와 공기가 혼합되거나 연료가 외부로 누출되어 낮은 출력을 나타내는 등의 문제점을 해결할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계 유리와 Al2O3-SiO2 fiber 및 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber를 혼합한 유리 및 섬유혼합 밀봉재는 고체산화물 연료전지의 다른 구성요소인 전해질, 전극 및 분리판과 열팽창계수가 적합하고, 전이점 및 연화점도 650～800℃에 적합한 기존 밀봉재의 문제점을 해결한 밀봉재를 제조하였다. 특히 장시간의 내구성에 안정한 특성을 보여 실제 사용 시 안정한 밀봉효과와 내구성을 나타낼 것으로 보인다.
또한 쉬트로 제조한 사각 가스켓 및 링 가스켓은 밀봉 효율이 높고 단전지와 분리판 등과 정확하게 크기를 맞출 수 있으며, 단전지에 맞는 원하는 형태로 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 치수 정밀도를 높은 가스켓을 쉽제 제조할 수 있고, 연료와 공기가 혼합되거나 연료가 외부로 누출되어 낮은 출력을 나타내는 등의 문제점을 해결할 수 있다. 또한 원하는 형태로 제작하기가 쉽고 어떤 유리 형태의 밀봉 가스켓도 제조가 가능하며, 기존 쉬트 형태의 가스켓에 비해 밀봉재의 손실이 적고 수축 등으로 인한 크랙의 발생이나 가스의 누출의 문제점이 없다. 이 러한 가스켓은 평판형 SOFC에서의 전극지지형으로 셀을 제작하는 경우 대면적화하기 위해 한 분리판에 여러 셀을 나열하여 수십단을 적층하여 ㎾급 모듈을 구성하게 되는데 이때 나열형 스택의 경우 개별 셀들 간의 가스밀봉과 두께가 불균일하면 집전저항이 증가하여 크게 문제가 되므로 이러한 문제를 개선할 수 있다. 또한 이러한 가스켓을 사용한 고체산화물 연료전지는 수소 이외의 천연가스 및 석탄가스 등의 다양한 연료를 사용할 수 있는 장점이 있어 자동차나 가정의 소형 연료전지 등 여러 곳에 사용할 수 있는 장점이 있다.
이하 실시 예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하면,
(실시 예1)
본 발명에서는 고체산화물 연료전지용 밀봉재를 CaO-Al2O3-B2O3- SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber를 0～20wt% 혼합하여 유리 및 섬유 혼합밀봉재를 제조하였다.
유리 및 섬유혼합 밀봉재를 제조하기 위해 장섬유인 SiO2-Al2O3- fiber를 30㎜의 알루미나 볼을 이용하여 10분～1시간 동안 분쇄하여 사용하였다. 분쇄한 SiO2-Al2O3- fiber는 0～20wt.%까지 그 첨가량을 변화시켜 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 지르코니아 볼을 이용하여 Ø10㎜ 지르코니아 볼을 이용하여 2시간 동안 혼합하여 제조하였다. 제조한 유리 및 섬유혼합 밀봉재는 유로 설계가 용이하고 가격이 저렴하여 많이 사용되고 있는 금속분리판의 열팽창계수와 유사한 143×10-7/℃를 나타내었다. 또한 금속분리판인 stainless steel과 음극재 사이에 제조한 밀봉재를 넣고 밀봉한 후 750℃에서 1000시간 유지 전후의 도 1과 같이 구조의 변화가 나타나지 않았다.
(실시 예2)
본 발명에서는 고체산화물 연료전지용 밀봉재를 CaO-Al2O3-B2O3- SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber를 0～20wt% 혼합하여 실시 예 1과 같이 유리 및 섬유혼합 밀봉재를 제조하였다.
유리 및 섬유혼합 밀봉재를 제조하기 위해 장섬유인 Al2O3-SiO2- ZrO2 fiber를 30㎜의 알루미나 볼을 이용하여 10분～1시간 동안 분쇄하여 사용하였다. 분쇄한 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber는 0～20wt.%까지 그 첨가량을 변화시켜 CaO-Al2O3-B2O3-SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 지르코니아 볼을 이용하여 10㎜ 지르코니아 볼을 이용하여 2시간 동안 혼합하여 제조하였다. 제조한 유리 및 섬유혼합 밀봉재는 유로 설계가 용이하고 가격이 저렴하여 많이 사 용되는 금속분리판과 유사한 121×10-7/℃의 열팽창계수를 나타내었다. 또한 금속분리판인 stainless steel과 음극재 사이에 제조한 밀봉재를 넣고 밀봉한 후 750℃에서 1000시간 유지 전후의 도 1과 같이 구조의 변화가 나타나지 않았다.
(실시 예3)
또한 본 발명에서는 실시 예 1과 2에서 제조한 밀봉재를 이용하여 쉬트형 고체산화물 연료전지용 가스켓을 제조하였다.
쉬트형 사각 gasket을 제조하기 위해 30㎜ 알루미나 볼을 이용하여 10분～1시간 동안 pot mill에서 분쇄한 fiber와 밀봉 유리분말을 10㎜ 지르코니아 볼을 이용하여 혼합하였다. 혼합한 분말을 vehicle과 혼합 분말을 0.67:1의 비율로 테프론 pot에서 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 혼합하여 slurry를 제조하였다. 제조한 slurry는 doctor blade를 이용하여 쉬트를 제작하였고, 0.4㎜ 이상의 쉬트는 50～80℃에서 5～30분간 적층기를 이용하여 원하는 두께로 적층 한 후 원하는 크기의 sheet형 사각 gasket을 제작하였다. 제조된 가스켓은 도 2에 제시된다.
또한 쉬트형 링 gasket은 sheet형 사각 gasket과 같은 slurry를 이용하여 같은 조건에서 적합한 링 gasket을 제조하였다. 제조된 가스켓은 도 3에 제시된다.
이와 같은 공정으로 제조된 가스켓은 밀봉 효율이 높고 단전지와 분리판 등 과 정확하게 크기를 맞출 수 있으며, 단전지에 맞는 원하는 형태로 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 치수 정밀도가 높은 가스켓을 쉽제 제조할 수 있고, 연료와 공기가 혼합되거나 연료가 외부로 누출되어 낮은 출력을 나타내는 등의 문제점을 해결할 수 있었다.
도1 : SiO2-Al2O3 fiber와 SiO2-Al2O3-ZrO2 fiber의 1000시간 내구성 실험과 실 험후의 상태도
도2 : 시트형 사각 가스켓의 형태를 나타낸 평면도
도3 : 링형 가스켓의 형태를 나타낸 평면도

Claims (3)

  1. 고체산화물 연료전지용 고온 유리 밀봉재 조성으로 CaO-Al2O3-B2O3 -SiO2계에 일부 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 Al2O3-SiO2 fiber를 0～20wt% 혼합한 고체산화물 연료전지용 유리 및 섬유혼합 밀봉재
  2. 고체산화물 연료전지용 고온유리 밀봉재 조성으로 CaO-Al2O3- B2O3-SiO2계에 SrO, La2O3, BaO 및 CaO를 0～46 mole 첨가하여 제조한 유리와 Al2O3-SiO2-ZrO2 fiber를 0～20wt% 혼합한 고체산화물 연료 전지용 유리 및 섬유혼합 밀봉재
  3. 청구항 1또는 2로 제조된 유리 및 섬유혼합 밀봉재에 바인더를 혼합하여 시트(sheet)형 사각 가스켓 또는 링 가스켓을 제조하는 고체산화물 연료전지용 유리 및 섬유 혼합밀봉 가스켓 제조 방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101876102B1 (ko) * 2013-09-05 2018-07-06 퓨얼 셀 에너지, 인크 고온 팽창 가능한 내화물

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101229713B1 (ko) * 2009-12-16 2013-02-15 한국전력공사 고체산화물 연료전지용 밀봉재
US9236619B2 (en) 2010-08-10 2016-01-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Solid oxide fuel cell including a coupling structure
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