KR20090084160A - Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and their manufacturing methods - Google Patents

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Abstract

Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells are provided to ensure structurally stable, to make large-size material, and to prevent the generation of gas seal. A unit cell for a solid oxide fuel cell comprises a porous flat tube type supporter consisting of conductive materials; a first gas flow channel portion(6) where at least one flow path is formed inside of the supporter; a second gas flow channel portion(16,17) where opposite pole gas flow path is formed at the reaction surface of outer center part of the upper plate and lower plate; a first electrode layer coated on the whole outer surface of the supporter; electrolyte coated on the whole surface excluding protrusions between the second gas channels of the upper plate of the supporter; an electrical connection layer coated on protrusions between the second gas channels of the upper plate of the supporter; and a second electrode layer which certainly includes the lower plate among outer reaction surfaces of the supporter and coated to prevent contact with the electrical connection layer.

Description

고체산화물 연료전지용 전극 지지체와 일체형 단위 셀 및 그 제조 방법{ Electrode Supports and Monolith Type Unit Cells for Solid Oxide Fuel Cells and Their Manufacturing Methods}Electrode Support and Monolith Type Unit Cells for Solid Oxide Fuel Cells and Their Manufacturing Methods}

본 발명은 연료전지용 지지체와 이를 이용한 단위 셀 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제작이 쉽고 대형화가 가능하며 가스 밀봉이 용이하고 획기적으로 증가된 반응면적을 가지는 고체산화물 연료전지용 지지체와 상기 지지체를 기본으로 한 일체형 (Monolith type) 단위 셀 및 그 제조 방법이 제공된다.The present invention relates to a support for a fuel cell, a unit cell using the same, and a method for manufacturing the same. More specifically, the support for a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell support having a significantly increased reaction area and easy to manufacture, can be enlarged, and can be easily sealed. Provided are a monolithic unit cell based on a support and a method of manufacturing the same.

현재 제 3세대 연료전지라 할 수 있는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, 이하 SOFC 라 함)는 열화학적으로 안정한 지르코니아계를 전해질로 이용하고, 여기에 음극인 연료극과 양극인 공기극이 부착되어 있는 형태로서 수소, 고온에서 작동되어 메탄, 메탄올, 디젤 등의 연료가스를 개질 없이도 사용할 수 있고 효율이 높아서 저공해 차세대 발전 방식으로 각광받고 있다. 이러한 SOFC는 전해질로서 이트리아(yttria)를 첨가하고 결정 구조의 안정화를 도모한 안정화 산화 지르코니늄을 사용해 왔다. 이 재료는 산소이온의 전도성을 가지고 있지만, 이러한 도전성은 온도에 의존하며 800~1000℃의 범위에서 연료전지로서의 원하는 전도성을 얻을 수 있는 특징이 있다. 이 때문에 SOFC의 운전 온도는 통상 800~1000℃이며, 전극재료도 이와 같은 고온에 견디기 위해 세라믹종류의 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 예로서 공기가 유입되는 양극은 LaSrMnO3, 수소가 유입되는 음극에는 Ni-ZrO2 혼합물이 통상 사용된다. Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), now called 3rd generation fuel cell, uses a thermochemically stable zirconia-based electrolyte, and is attached with a cathode anode and an anode cathode. As it is operated in hydrogen, high temperature, fuel gas such as methane, methanol, diesel, etc. can be used without reforming, and its high efficiency has attracted attention as a next generation power generation method with low pollution. Such SOFCs have used stabilized zirconium oxide in which yttria was added as an electrolyte and the stabilization of the crystal structure was achieved. This material has the conductivity of oxygen ions, but this conductivity depends on the temperature and is characterized by obtaining the desired conductivity as a fuel cell in the range of 800 to 1000 ° C. For this reason, the operating temperature of SOFC is 800-1000 degreeC normally, and it is preferable that ceramic material is used also in order for an electrode material to withstand such high temperature. As an example, LaSrMnO3 is used as the anode into which air is introduced, and a Ni-ZrO2 mixture is commonly used as the cathode into which hydrogen is introduced.

종래의 평판형 SOFC 에 있어서는 전해질 평판을 지지체로 하여 판의 앞 뒷면에 각각 공기극 및 연료극 재료를 코팅하고 소결하는 과정을 통해 다공성을 가지는 일정 두께로 접합하여 최종적으로 단위 전극조합판 (Electrolyte-Electrode Assembly, 이하 '전극판'이라 명함)을 만들고, 여기에 적층 시 상하 단위 셀의 양극과 음극을 전기적으로 연결하고 또한 연료 및 공기를 도입하기 위한 가스 채널들을 양면에 형성한 도전성의 금속 재료로 된 연결판 (Interconnector, 이하 '전기연결판'이라 명함)를 끼워 단위 셀을 구성하게 된다. 이러한 평판형 방식에서는 단위 '전극판'의 두께가 얇은 장점이 있으나 세라믹의 특성상 두께의 균일도나 평판도를 조절하는 것이 어려워서 대형화가 쉽지 않고, 또한 단위 셀의 스텍킹 (stacking)을 위해 '전극판'과 '전기연결판'을 번갈아 적층하게 되는데 고온 작동 시 또는 승온, 냉각 중 각각의 연료전지 단위 셀의 전극판과 전기연결재 사이에 열 및 기계적 응력에 의한 구조 불안전성의 위험이 항상 따른다. 단위 셀 상하의 두 가스 혼합을 막고 밀봉을 위해 셀 가장자리 부위의 모든 부분에 가스 밀봉(seal)재의 장착이 필요하다. 그러나 밀봉 재료로 사용되는 유리 (glass)계 재료의 연화 온도는 600℃정도부터 시작되기 때문 고온에서의 작동 중 밀봉제의 연화에 의한 가스누출의 위험도 높으며, 심한 경우 연료전지 모듈의 파손을 가져올 우려도 있어서 실용화를 위해서는 아직 많은 개선이 필요한 실정이다.In the conventional flat plate SOFC, an electrode plate and a cathode material are coated and sintered on the front and back sides of the plate, respectively, and bonded to a predetermined thickness having porosity, thereby finally uniting the electrode assembly plate (Electrolyte-Electrode Assembly). A conductive metal material formed on both sides of the gas channels for electrically connecting the anode and cathode of the upper and lower unit cells and stacking the fuel cells and the air. A unit cell is formed by inserting a board (Interconnector). This flat type has the advantage that the thickness of the unit 'electrode plate' is thin, but it is difficult to control the uniformity or flatness of the thickness due to the characteristics of the ceramic, so it is not easy to enlarge the size. And 'electrical connection plates' are alternately stacked, and there is always a risk of structural instability due to thermal and mechanical stress between the electrode plates of each fuel cell unit cell and the electrical connection material during high temperature operation or during an elevated temperature and cooling. It is necessary to mount a gas seal on all parts of the cell edge to prevent mixing of the two gases above and below the unit cell and to seal the gas. However, since the softening temperature of glass-based materials used as sealing materials starts at about 600 ° C, there is a high risk of gas leakage due to softening of the sealant during operation at high temperatures, and in severe cases, the fuel cell module may be damaged. In addition, many practical improvements are still required for practical use.

이러한 평판형 셀(cell)의 단점들을 보충하기 위해서 원통형 셀이라고 불리는 방식이 미국 특허 US 6207311 B1와 US 6248468 B1에 제시되고 있다. 이와 같은 원통형 셀은 평판형 셀 구조에 비하여 스택 자체의 전력밀도는 다소 떨어지나 강도 면과 가스 밀봉 면에서 월등하게 유리하다. 이 방식은 산화 지르코늄 등으로 구성되는 다공성 지지체 튜브 위에 공기극, 전해질, 연료극의 순으로 각 재료를 적층하여 단위 연료전지를 구성하는 것이다. 따라서 전지 사이에 기체 밀봉제가 필요하지 않으며 이로 인해 평판형 셀에서 발생하는 세라믹 밀봉의 문제점이 발생되지 않는다. 또한 각각의 전지가 견고한 지지체 위에 형성되어 있고 연료전지 자체가 튼튼한 세라믹 구조를 이루고 있으며 열팽창에 의한 저항력이 우수하다. 그리고 환원성 분위기에서 전지와 전지 사이의 접촉이 이루어지므로 금속 재료로 된 전기연결재(interconnect)를 사용해도 무방하다. 하지만, 용량 증대를 위해서 단위 셀들을 복수로 연결하여 스택을 이루는 경우, 발전전류가 길이 방향으로 얇은 전극 면을 따라 흐르게 되면 내부저항이 증가되는 문제가 생기게 되어 대형화가 불가능하다. In order to make up for the drawbacks of such flat cells, a scheme called cylindrical cells is proposed in US Pat. Nos. 6,207,311 B1 and 6,248,468 B1. The cylindrical cell has a somewhat lower power density than the flat cell structure, but is advantageous in terms of strength and gas sealing. In this method, a unit fuel cell is constructed by stacking materials on a porous support tube made of zirconium oxide or the like in order of an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode. Thus, no gas sealant is required between the cells, which eliminates the problem of ceramic sealing that occurs in flat cells. In addition, each cell is formed on a solid support, the fuel cell itself forms a strong ceramic structure and excellent resistance to thermal expansion. In addition, since the contact between the battery and the battery is made in a reducing atmosphere, an electrical interconnector made of a metal material may be used. However, when stacking a plurality of unit cells in order to increase capacity, when a power generation current flows along a thin electrode surface in a length direction, an internal resistance increases, and thus it is impossible to increase the size.

이러한 단점을 보완하기 위해 전류를 반경 방향으로 뽑기 위해서는 개개의 튜브 내 외부에 전기연결판 또는 Wire를 감아야하고 스택으로 연결 시 튜브 사이가 접촉이 되지 않게 간격을 유지해야하기 때문 불필요한 공간이 많이 생겨나 단위 부피당 전력밀도가 높지 못한 단점이 있다. In order to make up for this drawback, in order to draw the current in the radial direction, it is necessary to wind the electrical connection plate or the wire inside and outside the individual tubes, and when the stack is connected, the space must be kept so that there is no contact between the tubes. The disadvantage is that the power density per unit volume is not high.

최근에는 상기와 같은 평판형 셀 및 원통형 셀의 SOFC가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 연료전지 모듈(1) 자체에 평판형 셀 구조와 원통형 셀 구조를 함께 갖도록 함으로서 평판형 셀의 밀봉문제를 해결하고, 동시에 전력 밀도도 높이기 위한 평관형(flat tube type) 구조를 이용한 단위전지 및 스택 개발이 대한민국특허공개 10-2005-0021027와 미국 특허 US 6416897 및 US 6429051에서 이루어지고 있다. 그러나 이 경우도 적층을 하기 위해서는 평관형 셀 외부에 공기 또는 연료극 가스를 도입시키기 위한 가스 유로와 전기적 연결을 위한 ‘전기연결판’이 필수적으로 사용된다. 이러한 전기연결판은 스택의 기계적 강도를 증가시키고 단위 전지 간 접촉면적을 넓혀 전력밀도를 증가시키지만, 전기연결판 재료가 금속인 특성 상 고온 운전 시 세라믹 재질인 전극판 사이에서 기계적, 열적 응력이 발생하는 문제점 등이 있다. 또한 고온에서 장시간 사용 시 전기연결판 표면의 공기에 의한 부식 가능성과 스택의 부피 및 무게도 평판형에 비해 증가하는 문제점이 생긴다.Recently, in order to solve the problems of the SOFC of the flat cell and the cylindrical cell, the fuel cell module 1 has a flat cell structure and a cylindrical cell structure together to solve the sealing problem of the flat cell. At the same time, the development of unit cells and stacks using a flat tube type structure to increase power density has been made in Korean Patent Publication No. 10-2005-0021027 and US Pat. No. 64,16897 and US 6429051. However, also in this case, a gas flow path for introducing air or anode gas to the outside of the flat cell and a 'electrical connection plate' for electrical connection is essential. Such electrical connecting plates increase the mechanical strength of the stack and increase the power density by widening the contact area between unit cells.However, mechanical and thermal stresses are generated between the electrode plates, which are ceramic materials, at high temperatures due to the characteristics of the electrical connecting plate materials. There is a problem. In addition, when prolonged use at high temperature, the possibility of corrosion by air on the surface of the electrical connection plate and the volume and weight of the stack also increases compared to the flat type.

최근 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하여 평관형 지지체에 사용되는 전기연결판을 박막으로 대체한 새로운 형태의 일체형 (Monolith type) 단위 셀과 이를 이용한 진보된 스텍의 제작 방법을 제안하여, 이에 특허가 허여된 바 있다.(대한민국 특허 제 727684 호). 즉 평관형 지지체의 상판 부 외부면을 가스 채널이 형성된 상태로 압출을 하고, 채널 사이 돌기면에 전기연결층을 피복하여 단위 전극과 전기연결판이 하나로 일체형이 되게 제작된 단위 셀이 제시되었다. Recently, the present inventors have solved the above problems and propose a novel type of monolithic unit cell in which a electrical connection plate used in a flat tubular support is replaced with a thin film, and a method of manufacturing an advanced stack using the same. (Korean Patent No. 727684). That is, a unit cell manufactured by extruding the outer surface of the upper plate portion of the flat tubular support in a state where a gas channel is formed and coating the electrical connection layer on the projection surface between the channels so that the unit electrode and the electrical connecting plate are integrated into one unit is proposed.

본 발명은 상기 특허 상의 일체형 단위 셀의 장점을 더욱 개선하여, 지지체의 제작 및 가공이 쉽고 피복 및 밀봉에 따른 대형 단위 셀의 제작이 더욱 쉬우며 반응면적도 더욱 증대된 새로운 형태의 획기적인 평관형 지지체의 설계 및 제작 방 법 및 이를 이용한 Monolith형 단위 셀을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. The present invention further improves the advantages of the unitary unit cell according to the patent, making it easier to manufacture and process the support, easier to manufacture the large unit cell according to the coating and sealing, and a new type of breakthrough flat tubular support having an increased reaction area. To provide a design and fabrication method and a method of manufacturing a monolith unit cell using the same.

본 발명은 상기와 같은 종래의 평판형 및 원통형 고체 산화물 연료전지가 가지고 있는 가스 밀봉, 대형화, 기계적, 열적 안정성 등의 제반 문제점들을 해결하고 단위 면적 당 전력 발생량을 극대화하기 위하여 창안된 것으로서, 그 목적은 제작이 쉽고 경제적이며, 밀봉이 용이하고 기계적 안정성이 우수한 원통형 셀의 장점을 가지면서도 단위 셀의 대형화가 쉽고, 또한 단위 적층 면적 당 전력 발생량이 기존의 고체산화물 연료전지용 단위 셀 보다 훨씬 높은 전력밀도를 가지는 고체산화물 연료전지용 지지체의 제작 방법, 이를 이용한 일체형 (Monolith 형) 단위 셀을 제조하는 방법을 제공함에 있다.The present invention was devised to solve various problems such as gas sealing, enlargement, mechanical and thermal stability of the conventional planar and cylindrical solid oxide fuel cells as described above, and to maximize power generation per unit area. Silver is easy to manufacture, economical, easy to seal, and has the advantages of a cylindrical cell with excellent mechanical stability, and is easy to enlarge the unit cell, and also has a much higher power density than the conventional unit cell for solid oxide fuel cells. It provides a method for manufacturing a support for a solid oxide fuel cell having a, and a method for manufacturing an integrated (Monolith type) unit cell using the same.

그리고 본 발명의 다른 목적은 단위 셀의 제조 시, 연료가스와 공기 흐름용 채널을 평관형 지지체의 내외부에 형성시킴으로써, 전기연결판을 추가로 사용하지 않고 상판 가스 채널 사이의 돌기부에 박막층으로 처리하여, 전극, 전해질, 가스채널, 전기 연결층이 하나의 구조물로 된 일체형 (Monolith형) 고체산화물 연료전지용 단위 셀을 제조하는 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to form a channel for fuel gas and air flow in and out of the flat tubular support during manufacture of the unit cell, thereby treating the projections between the upper gas channels with a thin film layer without using additional electrical connecting plates. The present invention provides a method for manufacturing a unit cell for a monolithic solid oxide fuel cell in which an electrode, an electrolyte, a gas channel, and an electrical connection layer are formed in one structure.

본 발명의 다른 목적은 평관형 지지체의 상하판 외부 면에 요철 형태의 가스 채널을 형성하여 평판 면에 비해 반응 표면적을 최대 200% 늘리고, 또한 상판 전기연결층이 피복된 돌기부를 제외한 상하부 판의 양면이 모두 전극 반응에 참여하게 함으로써, 기존의 평관형 셀들에 비해 겉보기 적층 면적보다 유효 반응 면적이 최소300% 증가될 수 있는 새롭고 진일보된 고성능의 고체산화물 연료전지용 일체형 단위 셀을 제조하는 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to form a gas channel of the concave-convex shape on the outer surface of the upper and lower plates of the flat tubular support to increase the reaction surface area by up to 200% compared to the flat surface, and also to the both sides of the upper and lower plates except for the projection coated with the upper plate electrical connection layer All of them participate in the electrode reaction, thereby providing a method for manufacturing a new and advanced high performance solid oxide fuel cell integrated unit cell that can increase the effective reaction area by at least 300% than the apparent stacking area compared to conventional flat cells. have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료가스와 공기를 이용하여 전기를 발생시키는 연료전지용 지지체 및 단위 셀을 제조함에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention, in the production of a fuel cell support and a unit cell for generating electricity using fuel gas and air,

전기 전도성의 다공성 평관형 지지체;Electrically conductive porous flat support;

상기 지지체의 내부에 다수의 가스 유로가 형성된 제1 가스 흐름용 채널부; A first gas flow channel part in which a plurality of gas flow paths are formed in the support;

상기 지지체의 상판 및 하판의 외부 면에 반대극 가스의 유로가 형성된 제2 가스 흐름용 채널부; A second gas flow channel part in which a flow path of an opposite electrode gas is formed on outer surfaces of the upper and lower plates of the support;

상기 지지체의 외부 면 전면에 피복되는 제1 전극 층;A first electrode layer covering the entire outer surface of the support;

상기 지지체의 상판 상의 제2 가스 흐름용 채널부 사이의 돌기부를 제외한 모든 외부 면에 피복되는 전해질 층; An electrolyte layer coated on all outer surfaces except for protrusions between the second gas flow channel portions on the upper plate of the support;

상기 지지체의 상판상의 제2 가스 흐름용 채널부 사이의 돌기부에 피복되는 전기연결층; 및An electrical connection layer coated on the projections between the second gas flow channel portions on the upper plate of the support; And

상기 지지체의 외부 면 중 하판을 반드시 포함하여 전해질층 상에 전기연결층과 접촉되지 않게 피복되는 제2 전극 층 (제1 전극의 반대극 층);들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 지지체 및 단위 셀을 제공한다.And a second electrode layer (the opposite electrode layer of the first electrode) coated on the electrolyte layer so as not to be in contact with the electrical connection layer on the electrolyte layer by including a lower plate of the outer surface of the support. And a unit cell.

본 발명에 있어서, 상기 지지체는 표면에 형성되는 제1전극층 재료와 상이할 수 있으며, 또한 동일할 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 지지체는 공기극 재료로 이루어지거나 또는 제3의 재료로 이루어질 수 있으며, 제1 전극층을 공기극 재료로 피복하는 경우 제1 가스 흐름용 채널부에는 공기가 흐르게 되고 제2 가스 흐름용 채널부에는 연료 가스가 흐르며, 반대로 상기 지지체가 연료극 재료로 이루어지거나 제3의 재료로 이루어지고 제1전극을 연료극 재료로 피복하는 경우는 제1 가스 흐름용 채널부에는 연료 가스가 흐르고, 제2 가스 흐름용 채널부에는 공기가 흐르도록 구성될 수 있다. In the present invention, the support may be different from the first electrode layer material formed on the surface, and may also be the same. In the practice of the present invention, the support may be made of a cathode material or of a third material, and when the first electrode layer is covered with the cathode material, air flows through the first gas flow channel part and the second gas. Fuel gas flows through the flow channel portion, and conversely, when the support is made of the anode material or the third material and the first electrode is covered with the anode material, the fuel gas flows through the first gas flow channel portion. The second gas flow channel portion may be configured to allow air to flow.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 공기 극에 사용되는 전극재료로는 예를 들면 LSM (LaSrMnO3)가 사용가능하고, 연료극에 사용되는 전극재료로는 예를 들어, Ni/YSZ(cermet)이 사용가능하며, 여기서 YSZ은 이트리아 안정화 지르코니아이다.In the practice of the present invention, for example, LSM (LaSrMnO3) may be used as the electrode material used for the air electrode, and Ni / YSZ (cermet) may be used as the electrode material used for the fuel electrode. Wherein YSZ is yttria stabilized zirconia.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 지지체는 몸체 내부에 다수의 격벽을 설치하여 복수의 제1가스 흐름용 채널이 형성된 평관을 압출 성형하여 제조할 수 있으며, 또한, 상기 몸체 외부 면의 양끝 일부분을 제외한 중간 부분의 상판 및 하판 상의 반응 면에 제2가스 흐름용 채널을 형성할 수 있다. In the practice of the present invention, the support may be manufactured by extruding a flat tube in which a plurality of first gas flow channels are formed by installing a plurality of partition walls inside the body, and excluding a portion of both ends of the outer surface of the body. It is possible to form a channel for the second gas flow in the reaction surface on the upper and lower plates of the middle portion.

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 지지체는 제2 가스 흐름용 채널부를 제외한 양측 끝의 일정 영역은 단위 셀의 적층 시 가스의 밀봉을 위한 밀봉 부로 사용될 수 있다. 발명의 일 실시에 있어서, 상기 제2가스흐름용 채널부가 형성된 부분은 연료전지용 반응로 (reaction furnace) 쳄버(chamber) 내부에 위치하고, 밀봉부는 반응로 쳄버 외부에 위치할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the support portion may be used as a seal for sealing the gas when the unit cells are stacked in a predetermined region at both ends except for the second gas flow channel portion. In one embodiment of the present invention, the portion in which the second gas flow channel portion is formed may be located inside a reaction furnace chamber for a fuel cell, and the sealing portion may be located outside the reactor chamber.

본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 지지체는 그 내부의 제1 가스 흐름용 채널들의 단면은 구조적으로 안정한 형태를 이루도록 다각형 또는 원형 모양을 이루고, 그 크기가 0.1-5 mm 사이이며, 채널 사이의 격벽의 두께가 0.1-5 mm 사이인 것이 바람직하다. 또한, 제2 가스 흐름용 채널의 단면은 채널부를 제외한 돌기면이 반응부 전체 면적의 5-95%를 차지할 수 있으며, 높이가 0.1-5 mm, 폭이 0.1-10 mm 이 좋다. In one embodiment of the present invention, the support has a polygonal or circular shape so that the cross section of the first gas flow channels therein has a structurally stable shape, the size of which is between 0.1-5 mm, and partition walls between the channels. It is preferable that the thickness of is between 0.1-5 mm. In addition, the cross section of the channel for the second gas flow may have a projection surface excluding the channel portion may occupy 5-95% of the total area of the reaction portion, the height is 0.1-5 mm, the width is 0.1-10 mm.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 지지체는 상판과 하판 외부 면에 각각 형성된 제2 가스 흐름용 채널이 가스의 혼용을 방지하고 공급의 편의를 위해서 제1가스 흐름용 채널의 흐름 방향과 직각 방향으로 유입구 및 유출구가 설치되도록 제조되는 것이 좋다. In addition, in the present invention, the support is the second gas flow channel formed on the outer surface of the upper plate and the lower plate to prevent the mixing of the gas and inlet in the direction perpendicular to the flow direction of the first gas flow channel for convenience of supply And it is good that the outlet is manufactured to be installed.

상기 지지체는 외면에 제1전극층, 전해질층, 전기연결층, 제1 전극층과 반대 극을 이루는 제2 전극층 재료들이 일정한 두께로 얇게 피복되어 있고, 제1 전극층, 제2 전극층은 소결 후 피복층이 가스의 확산이 용이 하도록 다공성으로 유지되고, 상기 전해질층 및 전기연결층은 소결 후 피복 층들을 통해 가스가 새지 않도록 기공이 없고 치밀한 막을 이루어야하고 또한 두층의 접촉부가 일부 중첩이 되도록 형성되고, 또한, 돌출부의 상면에 형성되는 전기연결층과 상·하 측면에 형성되는 제2전극층 사이는 서로 접촉이 되지 않도록 형성된다. The support is thinly coated with a predetermined thickness on the outer surface of the first electrode layer, the electrolyte layer, the electrical connection layer, and the second electrode layer material forming the opposite pole to the first electrode layer, and the first electrode layer and the second electrode layer are coated with a gas after sintering. The electrolyte layer and the electrical connection layer are maintained to be porous to facilitate diffusion, and the electrolyte layer and the electrical connection layer are formed to have a pore-free and dense membrane so that gas does not leak through the coating layers after sintering, and the contact portions of the two layers are formed to partially overlap, and the protrusions The electrical connection layer formed on the upper surface of the second electrode layer formed on the upper and lower sides is formed so as not to contact each other.

본 발명의 실시에 있어서, 지지체의 상·하면에 다수의 돌기부와 홈부가 형성되고, 상기 돌기부와 홈부는 단위셀의 적층 시 제2가스 채널을 형성하여, 지지체의 상?하면에서 동시에 전류의 생성이 이루어지며, 단위셀의 하면에는 제1전극층, 전해질층이 차례로 적층되고, 상기 단위셀의 상면에는 제1전극층이 형성된 후 제1전극층 위에 홈부와 돌기부에는 각각 전해질층과 전기연결층이 형성되고, 상?하?측면에는 전기연결층과 접촉되지 않도록 제2전극층이 형성된다. In the practice of the present invention, a plurality of protrusions and grooves are formed on the upper and lower surfaces of the support, and the protrusions and the grooves form a second gas channel when the unit cells are stacked to simultaneously generate currents on the upper and lower surfaces of the support. The first electrode layer and the electrolyte layer are sequentially stacked on the lower surface of the unit cell, and the first electrode layer is formed on the upper surface of the unit cell, and the electrolyte layer and the electrical connection layer are formed on the groove and the protrusion on the first electrode layer, respectively. The second electrode layer is formed on the upper and lower sides so as not to contact the electrical connection layer.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 전해질층, 전극층들의 두께는 1000 ㎛ 이하 인 것이 바람직하며, 전기연결층은 전도성 물질로서 가능하게는 박막, 바람직하게는 1.0 mm 이하의 박막으로 형성되는 것이 바람직하다. In the practice of the present invention, the thickness of the electrolyte layer and the electrode layers is preferably 1000 μm or less, and the electrical connection layer is preferably formed of a thin film, preferably 1.0 mm or less, as a conductive material.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 연료가스와 공기를 이용하여 전기를 발생시키는 연료전지용 지지체를 제작하는 방법에 있어서,In addition, the present invention preferably in the method of manufacturing a fuel cell support for generating electricity using fuel gas and air in order to achieve the above object,

내부에 제1 가스 흐름용 채널들이 형성된 전도성 재료로 이루어진 다공성 평관형 지지체를 압출 성형하는 단계;Extruding a porous flat tubular support made of a conductive material having first gas flow channels formed therein;

상기 압출 성형된 지지체를 건조 후 가소결하는 단계;Presintering the extruded support after drying;

상기 가소결된 지지체의 양끝 밀봉 부를 제외한 중앙부 외부 면의 상판 및 하판을 첨삭, 연마 등의 방법을 이용하여 단면이 요철 모양인 형태로 제2 가스 흐름용 채널을 일정한 넓이와 깊이로 형성시키는 단계;Forming a second gas flow channel having a predetermined width and depth in a shape having a concave-convex shape by using a method such as adding and polishing the upper and lower plates of the outer surface of the central portion excluding the sealing portions at both ends of the sintered support;

상기 제2 가스 채널이 완성된 지지체의 외부 면 전면에 제1 전극재료를 일정 두께로 피복하는 단계;Coating a first electrode material with a predetermined thickness on the entire outer surface of the support on which the second gas channel is completed;

상기 제1 전극이 피복된 지지체의 상판 상의 가스 채널 사이에 존재하는 돌기부를 제외한 모든 외부 면에 전해질 층을 일정 두께로 피복하는 단계; Coating an electrolyte layer to a predetermined thickness on all outer surfaces except for protrusions existing between gas channels on the upper plate of the support on which the first electrode is coated;

상기 전해질 층이 피복된 지지체의 상판 돌기부에 전기연결재를 일정 두께로 전해질층과 접촉되고 일부 중첩되게 피복하는 단계;Coating an electrical connection material on the upper protrusion of the support on which the electrolyte layer is coated to be in contact with and partially overlapping the electrolyte layer;

상기 전기연결층 피복이 완료된 지지체의 외부 반응 면의 전해질층 위에 제2 전극 층을 반드시 하면을 포함하여 전기연결층과는 서로 닿지 않도록 피복하는 단계; 들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 지지체 및 단위 셀 을 제공한다.Coating a second electrode layer on the electrolyte layer of the external reaction surface of the support on which the electrical connection layer is completed, including a lower surface thereof so as not to contact with the electrical connection layer; It provides a support for a solid oxide fuel cell and a unit cell comprising a.

본 발명에 있어서, 상기 지지체는 음극 또는 양극을 이루는 전극 재료나 제3의 전도성 재료를 압출기(extrusion machine)에서 평관 형태로 압출 성형, 건조, 소결함으로써 이루어질 수 있으며, 상기 제2 가스 흐름용 채널부는 평관형 지지체의 압출 후 상기 지지체의 상판 및 하판 외부 면을 각각 일정 깊이로 첨삭, 연마하여 형성될 수 있다. 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 지지체는 복수의 지지체들을 상하로 적층하여 스텍을 형성할 수 있도록 제2 가스 채널 완료 전, 후, 또는 전과 후 공히, 상하판 외부면을 보다 정교하게 연마하여 최종 상하판 사이 두께가 균일하게 유지되도록 추가로 정밀 가공하는 것이 바람직하다. In the present invention, the support may be formed by extruding, drying, and sintering an electrode material or a third conductive material forming a cathode or an anode in a flat tube shape in an extruder, and the second gas flow channel part After extruding the flat tubular support, the upper and lower outer surfaces of the support may be formed by adding and grinding the outer surface to a predetermined depth, respectively. In a preferred embodiment of the invention, before and after the completion of the second gas channel, or before and after the completion of the second gas channel, the support may be more precisely polished on the outer surface of the upper and lower plates so that the plurality of supports may be stacked up and down to form a stack. Further precision machining is desirable to keep the thickness between the plates uniform.

또한, 상기 지지체에 형성되는 피복층들은 금속 또는 금속산화물 입자의 슬러리 용액을 이용하여 피복한 후 열 소결(thermal sintering) 처리를 하거나, 또는 금속화합물을 이용한 화학증착법(CVD, chemical vapor deposition), 금속을 이용한 물리증착법 (Physical vapor deposition), 전기화학적 도금, 또는 융사법 등을 사용하여 피복될 수 있으며, 각 피복층이 고유 기능을 발휘하기 위해 각각의 피복 공정 완료 후의 개별 소결, 또는 몇 개의 피복 공정을 함께 묶어서 공 소결의 과정을 거쳐서 완성될 수 있다. In addition, the coating layers formed on the support may be coated with a slurry solution of metal or metal oxide particles, followed by thermal sintering, or chemical vapor deposition (CVD) or metal using metal compounds. It may be coated by using physical vapor deposition, electrochemical plating, or fusion method, and each coating layer may be subjected to individual sintering after completion of each coating process or several coating processes together in order to have a unique function. It can be bundled and completed by cosintering.

또한, 본 발명은 일 측면에서 고체전해질 연료 전지용 평관형 지지체에 있어서, 내부에 제1가스 흐름용 채널이 형성되고, 상·하면에 돌기부가 형성되도록 일정 간격으로 홈부가 형성되며, 지지체의 적층에 의해 상면홈과 하면홈이 합해서 이루어지는 제2유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 평관형 지지체를 제공한다.In addition, the present invention is a flat tubular support for a solid electrolyte fuel cell, in one aspect, a first gas flow channel is formed therein, grooves are formed at regular intervals so that protrusions are formed on the upper and lower surfaces, It provides a flat tubular support, characterized in that for forming a second flow path formed by combining the top and bottom grooves.

본 발명에 있어서, 상기 평관형 지지체의 외부면에는 먼저 제1전극층이 적층된 후, 그다음 상면 돌기부의 상면에는 전기연결층이 적층되고 전기연결층을 제외한 상하측 모든 면에 전해질층을 적층하되 상기 전기연결층과 접촉되고 일부면이 중첩되어 가스가 새지않도록 적층되며, 상기 전해질층 위에는 전기연결층과 약간 이격되어 접촉되지 않도록 제2전극층이 적층된다. In the present invention, the first electrode layer is first stacked on the outer surface of the flat tubular support, and then the electrical connection layer is laminated on the upper surface of the upper projection, and the electrolyte layer is laminated on all the upper and lower sides except the electrical connection layer. The second electrode layer is stacked so as to be in contact with the electrical connection layer and overlap some surfaces thereof so that the gas does not leak, and the second electrode layer is stacked on the electrolyte layer so as not to be spaced apart from the electrical connection layer.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 지지체의 내부에 형성된 제1유로를 통해 흐르는 가스는 지지체의 상하로 확산되어 전기 생성 반응에 참여하게 된다. In the practice of the present invention, the gas flowing through the first flow path formed inside the support is diffused up and down the support to participate in the electricity generation reaction.

본 발명은 일 측면에서, 내부에 제1가스 흐름용 채널이 형성되고, 상·하면에 돌기부가 형성되도록 일정 간격으로 홈들이 형성된 지지체의 적층에 의해 상기 홈들이 제2가스 흐름용 채널을 형성하여, 지지체의 상하면에서 동시에 반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지가 제공된다. In an aspect of the present invention, the first gas flow channel is formed therein, and the grooves form the second gas flow channel by stacking a support having grooves formed at regular intervals such that protrusions are formed on the upper and lower surfaces thereof. The fuel cell is characterized in that the reaction is carried out at the same time on the upper and lower surfaces of the support.

본 발명에 따른 연료전지에 있어서, 적층된 스택 중의 하부 단위셀의 상면에는 돌기부가 형성되도록 일정간격으로 이격된 홈들이 형성되어 있으며, 전체적으로 제1전극층이 적층된 후, 돌기부에는 전기연결층이 형성되고 홈에는 전해질층이 형성되며, 전해질층 위로 전기연결층과 접촉되지 않도록 제2전극층이 형성되며, 상부 단위셀의 하면에는 돌기부가 형성되도록 일정간격으로 이격된 홈들이 형성되고 있으며, 제1전극층, 전해질층, 및 제2전극층이 차례로 적층된다. In the fuel cell according to the present invention, grooves spaced at regular intervals are formed on the upper surface of the lower unit cell in the stacked stack so that protrusions are formed, and after the first electrode layers are stacked as a whole, an electrical connection layer is formed on the protrusions. The groove is formed with an electrolyte layer, a second electrode layer is formed on the electrolyte layer so as not to contact the electrical connection layer, grooves spaced at regular intervals are formed on the lower surface of the upper unit cell so as to form protrusions. , An electrolyte layer, and a second electrode layer are sequentially stacked.

여기서, 상부셀과 하부셀은 돌출부가 대칭되어 중첩되도록 형성되며, 상부셀의 제2전극층과 하부셀의 전기연결층이 연접하도록 적층되면서, 제2가스 흐름용 채널부가 형성되게 되고, 상기 지지체는 다공성 재료로 이루어져 있어, 제1가스 채널 의 가스가 상하로 동시에 확산하여, 상하면에서 동시에 반응이 진행하게 된다. Here, the upper cell and the lower cell are formed so that the protrusions are symmetrically overlapped, the second electrode layer of the upper cell and the electrical connection layer of the lower cell are laminated so as to be connected, the second gas flow channel portion is formed, the support is It is made of a porous material, the gas of the first gas channel diffuses up and down at the same time, the reaction proceeds at the same time on the top and bottom.

본 발명은 일 측면에서, 고체전해질 연료전지용 평판형 단위셀에 있어서, 다공성의 평관형 전도성 지지체, 여기서, 상기 지지체의 내부에는 제1 가스체널이 형성되고, 상기 지지체의 상·하측 외표면에는 돌기부가 형성되도록 일정 간격으로 홈들이 형성되고, 상기 홈들은 상기 지지체의 적층 시 제2 가스채널을 형성하고; 단위셀의 하면에는 제1전극층, 전해질층, 및 제2전극층이 차례로 적층되고, 상기 단위셀의 상면에는 제1전극층, 홈부와 돌기부에 각각 형성되는 전해질층과 전기연결층, 및 상기 전기연결층과 접촉되지 않도록 홈부에 형성된 제2전극층이 형성되고, 상기 단위셀의 좌우 측면에는 전해질층과 제2전극층이 상하면의 전해질층 및 제2전극층과 각각 연결되어 차례로 적층되어, 최종 단위셀을 제공하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, in a flat unit cell for a solid electrolyte fuel cell, a porous flat conductive support, wherein a first gas channel is formed inside the support, and protrusions are formed on upper and lower outer surfaces of the support. Grooves are formed at regular intervals so that the grooves are formed, and the grooves form a second gas channel when the support is stacked; A first electrode layer, an electrolyte layer, and a second electrode layer are sequentially stacked on the lower surface of the unit cell, and an electrolyte layer and an electrical connection layer formed on each of the first electrode layer, the groove and the protrusion on the upper surface of the unit cell, and the electrical connection layer. The second electrode layer formed in the groove portion is formed so as not to contact with each other, and the electrolyte layer and the second electrode layer are connected to the upper and lower electrolyte layers and the second electrode layer on the left and right sides of the unit cell, respectively, and are sequentially stacked to provide a final unit cell. It is characterized by.

그리고 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단위 셀은, 상기 평관형 지지체가 긴 직육면체 모양의 단면을 한 몸체 내부에 복수의 제1 가스 흐름용 채널이 길이 방향으로 형성되고, 상기 몸체 외부면의 상판 및 하판에 공히 제2 가스 흐름용 채널을 형성시켜 최종적으로 지지체를 상하로 적층함으로써 지지체 외부 면 사이에 제2 가스 흐름용 채널들이 생성되게 한다.In addition, in the unit cell for a solid oxide fuel cell according to the present invention, a plurality of first gas flow channels are formed in a longitudinal direction in a body having a long rectangular parallelepiped cross section of the flat tubular support, and an upper plate of the outer surface of the body and A second gas flow channel is formed in the lower plate and finally the support is stacked up and down so that the second gas flow channels are generated between the outer surface of the support.

또한 상기 지지체의 제작은 음극 또는 양극을 이루는 전극 재료, 또는 제3의 전도성 물질을 포함한 재료를 사용하여 압출기(extrusion machine)에서 압출 성형 한 뒤 건조 및 최종 소결 조건보다 낮은 조건에서 가소결의 과정을 거친 후, 상판 및 하판 외부 면의 양끝을 제외한 중간부의 반응면에 제2 가스 흐름용 채널을 첨 삭, 연마의 방법 등에 의해 일정한 깊이와 넓이로 단면이 요철되게 형성시켜 쉽게 제조가 가능한 것이다. In addition, the support may be manufactured by extrusion molding in an extrusion machine using an electrode material constituting a cathode or an anode, or a material containing a third conductive material, followed by pre-sintering at a condition lower than drying and final sintering conditions. Afterwards, the second gas flow channel is formed on the reaction surface of the intermediate portion except for both ends of the upper and lower outer surfaces of the upper plate and the lower plate so that the cross section is unevenly formed to a certain depth and width by a method of polishing or the like.

그리고 상기 고체산화물 연료전지용 단위 셀은 상기 지지체에 차례로 제1 전극층, 전기연결층, 전해질층, 제2 전극층을 이루는 재료들을 차례로 일정한 두께로 피복한 후, 각 피복층을 개별적으로 소결하거나 몇 개 층을 모아서 공 소결 등의 방법을 조합하여 행함으로써 최종적으로 완성된다.The unit cell for the solid oxide fuel cell is coated with the materials forming the first electrode layer, the electrical connection layer, the electrolyte layer, and the second electrode layer in order to a predetermined thickness, and then sintered each coating layer individually or several layers. Finally, the process is completed by combining a method such as co-sintering.

그리고 본 발명의 고체산화물 연료전지는 지지체 내부의 격벽 사이에 형성된 유로를 갖는 제1 가스 흐름용 채널부가 공기 극 또는 연료 극의 가스 흐름용 역할을 할 수 있고, 지지체 외부 면의 상판 및 하판 상의 중간 부분에 형성된 제2 가스 흐름용 채널부가 단위 셀을 적층 했을 때 반대 극의 가스 흐름용 역할을 하게 되며, 전기연결층도 얇은 막으로 피복을 할 수가 있어서, 기존의 연료전지들에서 사용되는 별도의 전기연결판이 필요 없다. In addition, in the solid oxide fuel cell of the present invention, a first gas flow channel portion having a flow path formed between the partition walls inside the support may serve as a gas flow of the air electrode or the fuel electrode, and the middle of the upper and lower plates of the outer surface of the support may be used. The second gas flow channel portion formed at the portion serves as a gas flow in the opposite polarity when the unit cells are stacked, and the electrical connection layer can be coated with a thin film, so that it is a separate material used in conventional fuel cells. No electrical connection plate is required.

그리고 본 발명의 고체산화물 연료전지는 지지체 외부 면에 형성시킨 제2 가스 흐름용 채널부의 모양을 가급적이면 상판 및 하판이 서로 동일하고 대칭되도록 형성함으로서 단위 셀 두께를 보다 얇게 유지하고, 전해질의 피복 및 소결 시 지지체의 휨 현상을 방지하여 대형 면적의 단위 셀 제작을 용이하게 한다.In the solid oxide fuel cell of the present invention, the upper and lower plates of the second gas flow channel portion formed on the outer surface of the support are preferably formed to be the same and symmetrical with each other, thereby keeping the unit cell thickness thinner, and coating the electrolyte and It prevents warpage of the support during sintering, thereby facilitating the production of unit cells of large area.

그리고 본 발명의 고체산화물 연료전지는 전기연결층을 상판 제2 가스 채널 부 사이의 돌기부에 얇게 피복함으로서 내부 전기 저항이 적어서 가능하게는 전도성의 금속 재료 대신 반도체의 금속산화물 재료로 대체하는 것이 가능하여, 최종적으로 단위 셀의 전 재료가 세라믹으로 구성될 수가 있어서 열응력과 공기에 의한 부식에 강하다.In the solid oxide fuel cell of the present invention, the electrical connection layer is thinly coated on the protrusions between the upper second gas channel portions so that the internal electrical resistance is low, so that it is possible to replace the conductive metal material with the metal oxide material of the semiconductor. Finally, the entire material of the unit cell can be made of ceramic, which is resistant to thermal stress and corrosion by air.

그리고 본 발명의 일체형 단위 셀로 구성된 고체산화물 연료전지는 일반 평관형 고체산화물 연료전지에 비하여 두께가 얇고 가능하게는 최소 300%의 유효 반응 면적의 증가를 도모할 수가 있어서 단위 적층 면적 당 보다 높은 출력 효율을 가진다. In addition, the solid oxide fuel cell composed of the unit cell of the present invention has a thinner thickness and may increase the effective reaction area by at least 300%, compared to the general flat tube solid oxide fuel cell, and thus has higher output efficiency per unit stacking area. Has

상기와 같이 본 발명에 의하면, 구조적으로 견고하면서도 가스 밀봉 문제가 없는 관형의 장점을 가지면서도 금속재의 전기연결판을 박막으로 피복하여 일체형으로 제작되어져 평판형의 장점을 동시에 가진다. 특히 전기연결판 재료를 도전성의 금속산화물로 된 재료를 사용하게 되면 단위 셀 전체의 재료가 모두 세라믹으로 구성되어 기존의 고체산화물 연료전지에서 발생하는 금속 전기연결판에 의한 고온 부식이나 열 응력 문제 등을 해결할 수가 있다. According to the present invention as described above, while having the advantages of the tubular structure that is structurally robust and there is no problem of gas sealing, the electrical connection plate of the metal material is coated with a thin film is made integrally and has the advantages of the plate type at the same time. In particular, when the material of the electrical connection plate is made of conductive metal oxide, all materials of the entire unit cell are made of ceramic, which causes high temperature corrosion or thermal stress due to the metal electrical connection plate generated from the conventional solid oxide fuel cell. Can be solved.

또한 지지체의 상판과 하판의 외부 면에 형성된 제2 가스 흐름용 채널을 동일한 모양으로 제작함으로써 전극 및 전해질의 피복 시 뒤틀림 현상을 방지하여, 대형화가 용이하다. In addition, by fabricating the second gas flow channel formed on the outer surface of the upper and lower plates of the support in the same shape, it is possible to prevent distortion during coating of the electrode and the electrolyte, thereby facilitating the enlargement.

그리고 본 발명의 연료전지는 단위 셀들을 쌓아 스택으로 적층 시 실제의 반응 유효 면적이 적층 후의 적층 면적보다 최소 300%의 증가가 가능하여 기존의 평관형 셀에 비해 획기적인 성능 증가가 기대된다. In the fuel cell of the present invention, when the stacked unit cells are stacked and stacked, the actual effective effective area of the fuel cell can be increased by at least 300% than the stacked area after stacking, and thus, the performance of the fuel cell is expected to be improved.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대해 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에서 보는 것처럼 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 평관형 지지체(1)는 연료극 (음극) 또는 공기극 (양극)의 물질을 포함한 재료로 구성되며 내부에 다수의 제1 가스 흐름용 채널(6)을 길이 방향으로 구비하기 위해 통상 압출의 방법에 의해 성형된 것이다. 압출, 건조 후 최종 소결 조건 보다 낮은 온도에서 가소결의 과정을 거쳐서 전기전도성의 다공성의 지지체가 최종 얻어진다. 음극의 재료로는 하나의 예를 들면 Ni과 YSZ 혼합물이 사용가능하며, 여기서 YSZ은 이트리아 안정화 지르코니아이고, 양극의 재료로는 하나의 예를 들면 LSM (LaSrMnO3)이 사용 가능하다. As shown in FIG. 1, the flat tubular support 1 for a solid oxide fuel cell according to the present invention is composed of a material including a material of an anode (cathode) or an anode (anode) and has a plurality of first gas flow channels 6 therein. In order to provide in the longitudinal direction, it is usually molded by the method of extrusion. The electroconductive porous support is finally obtained by plasticizing at a temperature lower than the final sintering condition after extrusion and drying. As the material of the cathode, for example, a mixture of Ni and YSZ may be used, wherein YSZ is yttria stabilized zirconia, and one of LSM (LaSrMnO 3) may be used as the material of the cathode.

상기 지지체(1)에서 공기 극과 연료 극의 재료들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 전극 층의 피복 및 접합에 문제가 없으면 다양한 다른 제3의 도전성의 재료들을 사용할 수 있다.The materials of the air electrode and the fuel electrode in the support 1 are merely exemplary, and the present invention is not limited thereto, and various other third conductive materials may be used as long as there is no problem in coating and bonding of the electrode layer. .

상기 지지체(1)는 그 내부의 제1 가스 흐름용 채널(6)들이 허니컴 (honeycomb) 형상을 이루고 있고, 그 단면의 모양은 가스가 균일하게 흐를 수가 있으면 어떤 형태이든 상관없으나 강도 및 가스의 균일한 확산을 위해 다각형 또는 원형이 바람직하며, 그 크기는 0.1-10 mm 사이, 더 바람직하게는 0.2-5 mm 사이이고, 상기 채널(6) 사이의 격벽(5)의 두께는 0.1-5 mm 사이, 보다 바람직하게는 0.2-5 mm 사이이다. The support 1 has a honeycomb shape in which the first gas flow channels 6 therein are formed, and the shape of the cross section may be any shape as long as the gas can flow uniformly, but the strength and uniformity of the gas may be reduced. Polygons or circles are preferred for one diffusion, the size of which is between 0.1-10 mm, more preferably between 0.2-5 mm, and the thickness of the partition walls 5 between the channels 6 is between 0.1-5 mm. More preferably between 0.2-5 mm.

상기 지지체(1)는 도 2 및 3에서 보는 것처럼 외부 상판 면(8) 및 하판 면(9) 상의 중앙 반응부(22)에 제2 가스 흐름용 채널(16,17)을 첨삭, 연마 등의 방법에 의해 단면을 요철 형태로 형성하여 최종 채널들이 완성된 지지체(10)를 얻게 된다. 2 and 3, the support 1 is provided with a second gas flow channel 16, 17 in the central reaction portion 22 on the outer upper surface 8 and the lower surface 9, and the like. The cross-section is formed into a concave-convex shape by the method to obtain a support 10 in which final channels are completed.

상기 지지체(1)는 필요 시, 제2 가스 흐름용 채널의 형성 전, 후, 또는 전과 후 공히, 상판(8) 및 하판(9)의 외부 면을 추가로 정교하게 연마하여 최종 상하 두께가 일정하게 유지되도록 정밀 가공된다. If necessary, the support 1 may further polish the outer surfaces of the upper plate 8 and the lower plate 9 before, after, or before and after the formation of the second gas flow channel, so that the final upper and lower thicknesses are constant. It is precision machined to keep it.

상기 가스 채널들이 완성된 지지체(10) 상의 제2 가스 흐름용 채널(16,17)로의 가스의 유입(33) 및 배출(34) 방향은 도2에서 보는 것처럼 제1가스 흐름용 채널로의 가스의 유입(37) 및 배출(38) 방향과 다르게 길이 반대 방향으로 나도록 하는 것이 두 가스의 혼입 문제나 가스 밀봉 문제의 해결 면에서 보다 바람직하다. The inlet 33 and outlet 34 directions of gas to the second gas flow channels 16 and 17 on the support 10 on which the gas channels are completed are shown in FIG. 2. It is more preferable to solve the problem of incorporation of the two gases or the problem of gas sealing, so that they are in the opposite length directions from the inflow 37 and discharge 38 directions.

상기 가스 채널들이 완성된 지지체(10) 내 제2 가스 흐름용 채널(16, 17)의 깊이는 0.1-5 mm, 바람직하게는 0.2-3 mm, 넓이는 0.1-10 mm, 바람직하게는 0.2-5 mm 사이 이다. 지지체 상판 상의 제2 가스 흐름용 채널(16, 17) 사이의 돌기면(18, 19)이 차지하는 면적은 상판 내 전체 반응 면적의 5-95%, 바람직하게는 10-50% 사이가 좋다. The depth of the second gas flow channels 16, 17 in the support 10 in which the gas channels are completed is 0.1-5 mm, preferably 0.2-3 mm, width 0.1-10 mm, preferably 0.2- Is between 5 mm. The area occupied by the projection surfaces 18, 19 between the second gas flow channels 16, 17 on the support top plate is preferably between 5-95%, preferably 10-50% of the total reaction area in the top plate.

상기 가스 채널들이 완성된 지지체(10)의 상판(8) 상의 홈부 채널(16)과 돌기부(18)의 형태는 하판(9) 상의 채널(17) 과 돌기부(19) 형태와 서로 동일하게 형성되는 것이 적층 시의 가스 채널 형성과 각 재료의 피복 시의 상하판 사이의 응력을 균일하게 하여 휨 현상을 방지하는데 바람직하다. The groove channel 16 and the protrusion 18 on the upper plate 8 of the support 10 in which the gas channels are completed are formed in the same manner as the channel 17 and the protrusion 19 on the lower plate 9. It is preferable to make uniform the stress between the gas channel formation at the time of lamination and the upper and lower plates at the time of coating of each material to prevent warpage.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단의 셀(30)의 제작은 상기 가스 채널들이 완성된 지지체(10)의 특정 부문에 제1 전극층, 전해질층, 전기연결층, 제2 전극층을 차례로 일정 두께로 피복 한 후 소결함으로서 완성된다. 상기 피복 과정에서 지지체의 재료가 제1전극 재료와 동일한 경우 제1전극의 피복 과정은 생략될 수도 있다. In the manufacturing of the cell 30 for the solid oxide fuel cell stage according to the present invention, the first electrode layer, the electrolyte layer, the electrical connection layer, and the second electrode layer are sequentially formed in a specific section of the support 10 on which the gas channels are completed. It is completed by sintering after coating. In the coating process, when the material of the support is the same as that of the first electrode material, the coating process of the first electrode may be omitted.

상기와 같이 본 발명은 가스 채널들이 완성된 지지체(10)의 외부면의 전 부분에 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전극 재료(41)를 일정한 두께로 피복하게 된다. As described above, the present invention covers the first electrode material 41 with a predetermined thickness on the entire portion of the outer surface of the support 10 in which the gas channels are completed, as shown in FIG. 4.

그 다음 제1 전극층 위에 전해질 층(42)을 균일하게 피복하되. 상기 지지체(10)의 상판(8) 상의 돌기부(18)를 제외한 상하 판 모든 면에 가스가 새지 못하도록 치밀하게 피복한다. 다른 방법으로는 전해질을 지지체(10)의 외부 면 모두에 균일하게 피복하고 상판(8) 돌기면(18) 부분의 전해질을 기계적으로 닦아내어 (wipe out) 제거함으로써 완성할 수도 있다.Then, the electrolyte layer 42 is uniformly coated on the first electrode layer. All surfaces of the upper and lower plates except the protrusions 18 on the upper plate 8 of the support 10 are tightly coated so that gas does not leak. Alternatively, the electrolyte may be completed by uniformly covering the outer surface of the support 10 and mechanically wiping out the electrolyte in the upper surface 8 of the protrusion surface 18.

그 다음 상판(8) 돌기부(18)에 전기연결층(43)를 일정한 두께로 피복하되, 전해질 층과 충분한 중첩이 이루어져 가스가 새지 못하도록 치밀하게 피복한다. Then, the electrical connection layer 43 is coated on the projections 18 of the upper plate 8 to a predetermined thickness, and the electrolyte layer is sufficiently overlapped with the electrolyte layer so as to cover the gas 18 tightly.

따라서 상기 박막 형태의 전기연결층(43)은 다양한 방법에 의해 완성될 수가 있다. 예를 들면, 전기연결재 입자의 슬러리 용액을 이용하여 피복한 후 소결(thermal sintering) 처리를 하거나, 또는 금속 및 금속화합물을 이용한 화학증착법(CVD, chemical vapor deposition) 및 물리증착법 (physical vapor deposition), 전기화학적 도금법, 또는 융사법 (thermal and plasma spray) 등의 다양한 방법을 사용할 수가 있다.Accordingly, the thin film-type electrical connection layer 43 may be completed by various methods. For example, the slurry may be coated with a slurry solution of electrical connector particles, followed by thermal sintering, or chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition using metals and metal compounds, Various methods, such as electrochemical plating or thermal and plasma spray, can be used.

상기 전기연결층(43)의 재료는 단위 셀의 상하 적층 시 상위 셀의 전극과 하위 셀의 반대 전극 사이의 전기적 연결을 이룰 수 있게 하여야 하기 때문 충분한 전기전도성을 가지고 있어야 하고 피복 소결한 후 기체투과성이 없어야 하며, 또한 연료전지의 운전온도에서 장기적으로 열적 안정성을 가짐과 동시에 고온의 수소 및 산소 분위기에서 구조적으로 안정해야 하는 조건을 두루 갖추어야 한다. 따라서 상기 전기연결층(43)은 상기와 같은 기능이 완성될 수 있는 재료이면 그 성분에는 관계 없이 다양한 재료를 사용 할 수 있으며, 예로서 Ag, FeCr 함유 합금 등의 금속재료나 LaCrO3, LaSrCrO3, LSM 등의 금속산화물 재료 등을 사용할 수 있고, 또는 수소와 산소 분위기에 별도로 강한 재료를 사용한 복수의 피복층이 바람직 할 수도 있다. The material of the electrical connection layer 43 should have sufficient electrical conductivity because the electrical connection between the electrode of the upper cell and the opposite electrode of the lower cell should be made when the unit cells are stacked up and down and have gas permeability after coating and sintering. In addition, it is necessary to meet the conditions of having a long-term thermal stability at the operating temperature of the fuel cell and structurally stable in a high temperature hydrogen and oxygen atmosphere. Therefore, if the electrical connection layer 43 is a material capable of completing the above functions, a variety of materials may be used regardless of its components. For example, metallic materials such as Ag, FeCr-containing alloys, LaCrO3, LaSrCrO3, and LSM. Metal oxide materials, such as these, etc. can be used, or the some coating layer which used the material strong against hydrogen and oxygen atmosphere separately may be preferable.

그 다음 제2 전극 층(44)의 피복 공정으로 지지체(10) 상판(8)의 전기연결층(43)을 제외한 반응 면(22)의 전해질층 위에 일정한 두께로 피복하되, 반드시 하판을 포함하여야 하고 바람직하게는 상하판 모두를 포함하되 상판(8)의 전기연결층(43)과는 서로 전기적으로 연결이 되지 않도록 접촉을 피하여 이격되게 피복하여야 한다. Then, the second electrode layer 44 is coated with a predetermined thickness on the electrolyte layer of the reaction surface 22 except for the electrical connection layer 43 of the upper plate 8 of the support 10, but must include a lower plate. And preferably including both the upper and lower plates should be spaced apart to avoid contact so as not to be electrically connected to the electrical connection layer 43 of the upper plate (8).

본 발명은 상기 각각의 피복 공정들이 완료된 후, 각각의 피복층이 주어진 고유 기능을 수행하고 이웃한 피복층과 서로 접착이 잘 이루어지도록 하기 위해 고온 소결의 과정을 거침으로써 최종 완성된다. 소결 조건 및 과정은 지지체 재료의 종류, 그리고 각 피복층 재료의 종류 및 성질에 따라 달라지며, 필요 시 복수의 피복 공정을 묶어서 함께 공 소결을 행 할 수도 있다. After the respective coating processes are completed, the present invention is finally completed by hot sintering to ensure that each coating layer performs a given unique function and is well adhered to the neighboring coating layers. Sintering conditions and procedures vary depending on the type of support material and the type and property of each coating layer material, and co-sintering may be performed together by binding a plurality of coating processes, if necessary.

이렇게 제조된 고체산화물 연료전지용 일체 (Monolith)형 단위 셀(30)들은 기존의 고체산화물 연료전지에서 사용되는 별도의 가스 채널용 전기연결판의 추가 사용 없이, 도 5에서 보는 것처럼 단위 셀(30)의 밀봉부(21)에 실링 재료(49)를 추가로 피복한 후 상하로 원하는 개 수 만큼 쌓은 후 최종적으로 양극 및 음극용 전기집전판(111, 112)들을 붙여서 연료전지용 스텍(100)을 구성하게 된다. The monolithic unit cells 30 for the solid oxide fuel cell manufactured as described above are unit cell 30 as shown in FIG. 5 without additional use of a separate electrical connection plate for gas channels used in the conventional solid oxide fuel cell. After further coating the sealing material (49) on the sealing portion 21 of the stack up to the desired number of pieces up and down and finally the positive and negative electrode collector plates (111, 112) to form a stack for the fuel cell (100) Done.

상기 스텍(100)에서 적층된 셀 (30)상의 반응 면(22) 부분을 제외한 양끝 밀봉(21) 부분은 반응로 쳄버(105)의 내벽 및 바깥에 위치하고 그 최종 끝은 제1 가스의 유입 및 유출을 위한 배관 부와 체결되고, 또한 반응로 쳄버 내로 흐르는 제2 가스를 반응로 쳄버 내벽 사이에서 밀봉하게 된다. Except for the reaction surface 22 portion on the cell 30 stacked on the stack 100, both end sealing portions 21 are located on the inner wall and the outer side of the reactor chamber 105, and the final end of the seal 100 is introduced into the first gas. The second gas, which is engaged with the piping for outflow and which flows into the reactor chamber, is also sealed between the inner walls of the reactor chamber.

또한, 본 발명의 고체산화물 연료전지용 단위 셀(30)은 제2가스 흐름용 채널 (16,17) 상의 요철 모양의 채널 면이 평면에 비해 최대 200%의 면적 증가를 실현 할 수가 있고, 또한 상판(8)과 하판(9)이 모두 반응에 참여하게 되어 상판 전기연결층(43)의 면적을 상판 반응 면의 50%로 고정하고 제외하는 경우에도 추가로 상하 최소 150%의 반응 면적이 증가하게 되어, 최종적으로 적층된 반응 면적을 기준으로 최소 300%의 유효 반응 면적의 증가가 예상되어 기존의 평관형 연료전지에 비해 획기적인 성능 증가가 기대된다. In addition, in the unit cell 30 for the solid oxide fuel cell of the present invention, the uneven channel surface on the second gas flow channels 16 and 17 can realize an area increase of up to 200% compared to the plane, and also the top plate. (8) and the lower plate (9) both participate in the reaction so that even if the area of the upper electrical connection layer 43 is fixed at 50% of the upper plate reaction surface and excluded, the reaction area of at least 150% of the upper and lower sides is additionally increased. As a result, an increase in effective reaction area of at least 300% is expected based on the finally stacked reaction area, and thus, a significant performance increase is expected compared to the conventional flat fuel cell.

상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 이는 단지 예시적으로 본 발명을 설명하기 위하여 기재된 것이며, 본 발명을 이와 같은 특정 구조로 제한하려는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분 명하게 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it has been described by way of example only to illustrate the invention, and is not intended to limit the invention to this particular structure. Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it will be apparent that all such modifications and variations are included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 지지체의 압출 성형물을 도시한 사시도.1 is a perspective view showing an extrusion molding of a support for a solid oxide fuel cell according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 도 1의 지지체의 상판 및 하판 외부 면에 막대 모양의 제 2 가스 흐름용 채널과 돌기를 형성한 지지체의 사시도.FIG. 2 is a perspective view of a support formed with a rod-shaped second gas flow channel and protrusions on an outer surface of the upper and lower plates of the support of FIG. 1 according to the present invention; FIG.

도 3은 본 발명에 따른 도 1의 지지체의 상판 및 하판 외부 면에 사각 섬 모양의 제2 가스 흐름용 채널과 돌기를 형성한 지지체의 사시도.Figure 3 is a perspective view of the support formed with a channel for the second gas flow channel and projection of the square island shape on the upper and lower outer surface of the support of Figure 1 according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 제2 가스 채널이 형성된 지지체 외부 면에 각각의 피복층들의 피복 상태 및 범위를 표시한 단위 셀 절개도.Figure 4 is a unit cell cutaway view showing the coverage and extent of each coating layer on the outer surface of the support on which the second gas channel is formed in accordance with the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단위 셀을 적층하여 하나의 발전용 스택을 이룬 상태를 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view showing a state in which a stack for generating power generation by stacking unit cells for a solid oxide fuel cell according to the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>      <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1.... 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 지지체의 압출 성형물1 .... Extrusion of the support for a solid oxide fuel cell according to the present invention

5..... 격벽 6..... 제1 가스 흐름용 채널5 ..... bulkhead 6 ..... first gas flow channel

8 지지체 외부 상판 면 9.. 지지체 외부 하판 면8 Support outer top plate 9 .. Support outer bottom plate

10 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 외부 채널이 형성된 지지체10 A support having an external channel for a solid oxide fuel cell according to the present invention

16.... 상판 외부 면에 형성된 제2 가스 흐름 채널부16 .... The second gas flow channel portion formed on the outer surface of the top plate

17.... 하판 외부 면에 형성된 제2 가스 흐름 채널부 17 .... The second gas flow channel portion formed on the outer surface of the lower plate.

18.... 상판 외부 면에 형성된 제2 가스 흐름 채널부 사이의 돌기부 18 .... The projection between the second gas flow channel portions formed on the outer surface of the top plate.

19.... 하판 외부 면에 형성된 제2 가스 흐름 채널부 사이의 돌기부 21.... 가스 밀봉 부분 22.... 연료전지 반응 부분19 .... Protrusion between the second gas flow channel portion formed on the outer surface of the lower plate 21 .... Gas seal portion 22 .... Fuel cell reaction portion

30 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 단위 셀30 Unit cell for solid oxide fuel cell according to the present invention

33 제2 가스 유입 방향 34 제2 가스 유출 방향33 Second gas inflow direction 34 Second gas outflow direction

37 제1 가스 유입 방향 38 제1 가스 유출 방향37 First gas inflow direction 38 First gas outflow direction

41... 제1 전극층 42... 전해질층41 .. First electrode layer 42 .. Electrolyte layer

43 ....전기연결층 44 제2 전극층43 .... Electrical connection layer 44 Second electrode layer

49.. 가스 밀봉층 49 .. Gas sealing layer

100... 본 발명에 따른 단위 셀들이 적층된 고체산화물 연료전지용 스택 단면도100. Cross-sectional view of a stack for solid oxide fuel cells in which unit cells according to the present invention are stacked

105 반응로 챔버105 reactor chamber

111 음극 측 집전판 112 양극 측 집전판111 Cathode Side Current Collector 112 Cathode Side Current Collector

Claims (25)

연료가스와 공기를 이용하여 전기를 발생시키는 연료전지용 단위셀에 있어서,In a fuel cell unit cell for generating electricity using fuel gas and air, 전도성 재료로 이루어진 다공성의 평관형 지지체;A porous flat tubular support made of a conductive material; 상기 지지체의 내부에 하나 이상의 유로가 형성된 제1 가스 흐름용 채널부;A first gas flow channel part in which at least one flow path is formed in the support; 상기 지지체의 상판 및 하판 외부 중앙부 반응면에 반대극 가스 유로가 형성된 제2 가스 흐름용 채널부; A second gas flow channel part in which an opposite electrode gas flow path is formed on the upper and lower outer center reaction surfaces of the support; 상기 지지체의 외부 면 전면에 피복되는 제1 전극 층; A first electrode layer covering the entire outer surface of the support; 상기 지지체의 상판 제2 가스 채널 사이의 돌기부를 제외한 전면에 피복된 전해질;An electrolyte coated on the entire surface of the support except for the protrusions between the second gas channels of the upper plate; 상기 지지체의 상판 제2 가스 채널 사이 돌기부에 피복된 전기연결층; 및An electrical connection layer coated on the projection between the second gas channels of the upper plate of the support; And 상기 지지체의 외부 반응 면 중 하판부를 반드시 포함하고 전기연결층과 서로 접촉되지 않게 피복된 제2 전극 층;들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.And a second electrode layer necessarily including a lower plate portion of the external reaction surface of the support and covered with the electrical connection layer so as not to contact each other. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 공기극 재료로 이루어지거나 또는 제3의 재료로 이루어지고 제1 전극층을 공기극 재료로 피복하는 경우 제1 가스 흐름용 채널부에는 공기가 흐르게 되고 제2 가스 흐름용 채널부에는 연료 가스가 흐르며, 반대로 상기 지지체가 연료극 재료로 이루어지거나 제3의 재료로 이루어지고 제1전극을 연료극 재료로 피복하는 경우는 제1 가스 흐름용 채널부에는 연료 가스가 흐르고, 제2 가스 흐름용 채널부에는 공기가 흐르는 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.The method of claim 1, wherein the support is made of a cathode material or of a third material, and when the first electrode layer is covered with the cathode material, air flows in the first gas flow channel portion and the second gas flow channel. The fuel gas flows through the part. On the contrary, when the support is made of the anode material or the third material, and the first electrode is covered with the anode material, the fuel gas flows through the first gas flow channel part. Unit cell for a solid oxide fuel cell, characterized in that air flows through the flow channel portion. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 몸체 내부에 다수의 격벽을 설치하여 복수의 제1가스 흐름용 채널이 형성된 평관을 압출 성형하여 제조하고, 상기 몸체 외부 면의 양끝 일부분을 제외한 상판 및 하판 상의 반응 면 부분에 제2가스 흐름용 채널을 형성한 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.The method of claim 1, wherein the support is manufactured by extruding a flat tube having a plurality of first gas flow channels formed by installing a plurality of partition walls inside the body, and reacting the upper plate and the lower plate except portions of both ends of the outer surface of the body. A unit cell for a solid oxide fuel cell, characterized in that the second gas flow channel is formed in the surface portion. 제3항에 있어서, 상기 지지체는 제2 가스 흐름용 채널부를 제외한 양측 끝의 일정 부분은 단위 셀의 적층 시 가스의 밀봉을 위한 밀봉 부로 사용되는 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.The unit cell for a solid oxide fuel cell as claimed in claim 3, wherein a portion of both ends of the support except for the second gas flow channel part is used as a sealing part for sealing the gas when the unit cells are stacked. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 그 내부의 제1 가스 흐름용 채널들의 단면이 구조적으로 안정한 다각형 또는 원형 모양을 이루고, 그 크기가 0.1-5 mm 사이인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.The unit cell for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the support has a polygonal or circular shape in which the cross sections of the first gas flow channels therein are structurally stable, and is between 0.1-5 mm in size. . 제5항에 있어서, 상기 지지체는 채널 사이의 격벽의 두께가 0.1-5 mm 사이인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.The unit cell for a solid oxide fuel cell according to claim 5, wherein the support has a thickness of a partition wall between channels of about 0.1-5 mm. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 상판과 하판 외부 면에 각각 형성된 제2 가스 흐름용 채널이 제1가스 흐름용 채널의 흐름 방향인 길이 방향과 반대 방향으로 유입구 및 유출구가 설치되도록 제조된 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.According to claim 1, The support is characterized in that the second gas flow channel formed on the outer surface of the upper plate and the lower plate is manufactured so that the inlet and outlet in the opposite direction to the longitudinal direction of the flow direction of the first gas flow channel is installed. A unit cell for a solid oxide fuel cell. 제7항에 있어서, 상기 제2 가스 흐름용 채널의 단면은 높이가 0.1-5 mm, 폭이 0.1-10 mm 이고 채널부를 제외한 돌기면이 반응부 전체 면적의 5-95%를 차지하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.The cross section of the second gas flow channel is 0.1-5 mm in height, 0.1-10 mm in width, and the projection surface excluding the channel part occupies 5-95% of the total area of the reaction part. Unit cell for a solid oxide fuel cell. 제1항에 있어서, 상기 지지체는 외부 면 특정 부분에 제1전극층, 전해질층, 전기연결층, 제1 전극층과 반대 극을 이루는 제2 전극층 재료들을 일정한 두께로 얇게 피복한 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위 셀.The solid oxide of claim 1, wherein the support is formed by coating a thin layer of a first electrode layer, an electrolyte layer, an electrical connection layer, and a second electrode layer material that forms the opposite pole to the first electrode layer in a predetermined thickness. Unit cell for fuel cell. 제9항에 있어서, 제1 전극층, 제2 전극층은 소결 후 피복층이 가스의 확산이 용이 하도록 다공성으로 유지되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀.The unit cell of claim 9, wherein the first electrode layer and the second electrode layer are porous after the sintering so that the coating layer is easily porous. 제9항에 있어서, 상기 전해질층 및 전기연결층은 소결 후 피복 층들이 가스가 새지 않도록 기공이 없고 접촉부분이 일부 중첩이 되도록 피복된 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위 셀.The unit cell for a solid oxide fuel cell as claimed in claim 9, wherein the electrolyte layer and the electrical connection layer are coated so that the coating layers have no pores and partially contact portions of the coating layers after sintering so that no gas leaks. 제9항에 있어서, 상기 전해질층, 전극층들의 두께는 1000 ㎛ 이하인 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위 셀.The unit cell of claim 9, wherein the electrolyte layer and the electrode layers have a thickness of 1000 μm or less. 제9항에 있어서, 상기 전기연결층의 두께는 1.0 mm 이하인 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위 셀.The unit cell for a solid oxide fuel cell according to claim 9, wherein the thickness of the electrical connection layer is 1.0 mm or less. 연료가스와 공기를 이용하여 전기를 발생시키는 연료전지용 지지체 및 일체형의 단위 셀을 제작하는 방법에 있어서,In the method for producing a fuel cell support and an integrated unit cell for generating electricity using fuel gas and air, 내부에 다수의 제1 가스 흐름용 채널부의 유로가 형성된 지지체를 준비하는 단계;Preparing a support having a plurality of first gas flow channel portions therein; 상기 지지체의 외부면의 양끝 밀봉부를 제외한 중간 반응부 상의 상판 및 하판을 가공하여 다수개의 돌기부들을 형성하고 지지체를 적층 시 그 사이에서 제2 가스 채널부의 유로가 형성되도록 하는 단계;Processing a top plate and a bottom plate on the intermediate reaction part, except for sealing both ends of the outer surface of the support, to form a plurality of protrusions and to form a flow path of the second gas channel part therebetween when the support is stacked; 상기 지지체의 외부 면 전부에 제1 전극 층을 피복하는 단계; Coating a first electrode layer on all of the outer surfaces of the support; 상기 지지체의 상판 돌기부를 제외한 외부 면 전부에 전해질층을 피복하는 단계; Coating an electrolyte layer on all of the outer surfaces of the support except for the upper plate protrusion; 상기 지지체의 상판 돌기부에 전기연결층을 피복하는 단계; 및Coating an electrical connection layer on an upper plate protrusion of the support; And 상기 지지체의 외부 반응 면 중 하판 면을 반드시 포함하고 전기연결층과 서로 전기적으로 연결이 되지 않게 제2 전극 재료의 피복 층을 전해질층위에 형성하 는 단계;들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 딘위셀 제조 방법.Forming a coating layer of a second electrode material on the electrolyte layer so as to include a lower plate surface of the external reaction surface of the support and not to be electrically connected to the electrical connection layer; Method for producing a battery for Dean Wicell. 제14항에 있어서, 상기 지지체는 음극 또는 양극을 이루는 전극 재료나 제3의 전도성 재료를 사용하여 압출기(extrusion machine)에서 평관형으로 압출 성형, 건조, 소결 함으로써 이루어진 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀 제조 방법.15. The solid oxide fuel cell of claim 14, wherein the support is formed by extruding, drying, and sintering in a tubular shape in an extruder using an electrode material or a third conductive material constituting a cathode or an anode. Unit cell manufacturing method. 제14항에 있어서, 상기 제2 가스 흐름용 채널부와 그 사이의 돌기부는 상기 지지체의 상판 및 하판 외부 면을 각각 일정 깊이로 첨삭, 연마하여 형성한 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위셀 제조 방법.15. The unit cell fabrication of claim 14, wherein the second gas flow channel portion and the protrusion portion therebetween are formed by adding and polishing the upper and lower outer surfaces of the support to a predetermined depth, respectively. Way. 제14항에 있어서, 상기 피복층들은 금속 또는 금속산화물 입자의 슬러리 용액을 이용하여 피복한 후 열 소결(thermal sintering) 처리를 하거나, 또는 금속화합물을 이용한 화학증착법(CVD, chemical vapor deposition), 금속 또는 금속산화물을 이용한 물리증착법 (Physical vapor deposition), 전기화학적 도금, 또는 융사법 (spray) 등을 사용하여 피복되는 것임을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위 셀 제작 방법.The method of claim 14, wherein the coating layers are coated with a slurry solution of metal or metal oxide particles, followed by thermal sintering, or chemical vapor deposition (CVD), metal or A method for fabricating a unit cell for a solid oxide fuel cell, characterized in that it is coated using a physical vapor deposition, electrochemical plating, or spraying method using a metal oxide. 제14항에 있어서, 각 피복층이 고유 기능을 발휘하기 위해 각각의 피복 공정 완료 후 개별 소결, 또는 몇 개의 피복 공정을 함께 묶어서 공 소결의 과정을 거쳐서 완성하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 단위 셀 제작 방법.15. The unit cell for a solid oxide fuel cell according to claim 14, wherein after each coating process is completed, individual coating or several coating processes are bundled together and co-sintered to complete each coating layer. How to make. 고체전해질 연료 전지용 평관형 지지체에 있어서, 내부에 제1가스 흐름용 채널이 형성되고, 상·하면의 길이 양끝 부분을 제외한 중간 반응부에 돌기부가 형성되도록 일정 간격으로 홈들이 형성되며 지지체의 적층에 의해 상기 홈들이 제2 가스의 유로를 형성하는 제2 가스 흐름용 채널이 되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 지지체.In the flat tubular support for a solid electrolyte fuel cell, grooves are formed at regular intervals such that a first gas flow channel is formed therein, and protrusions are formed at an intermediate reaction portion except for upper and lower ends. And the grooves serve as a second gas flow channel forming a flow path of the second gas. 제19항에 있어서, 상기 지지체는 제2 가스 채널 완료 전, 후, 또는 전과 후 공히, 상하판 외부면을 보다 정교하게 연마하여 최종 상하판 사이 두께가 균일하게 유지되도록 추가로 정밀 연마 가공한 것임을 특징으로 하는 연료전지용 지지체20. The method of claim 19, wherein the support is further precisely polished before, after, or before and after completion of the second gas channel to further finely polish the outer surface of the upper and lower plates to maintain a uniform thickness between the final upper and lower plates. Fuel cell support 제19항에 있어서, 상기 평관형 지지체의 외부면 전면에 제1전극층이 적층되고, 그다음 상기 제1 전극층이 적층된 지지체의 상면 돌기부에 적층되는 전기연결층과 돌기부를 제외한 전면에 전해질층이 전기연결층과 접촉하고 일부 중첩되게 적층되고, 반응부의 전해질층위에 제2전극층이 전기연결층과 접촉하지 않도록 적층되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 지지체. 20. The method of claim 19, wherein the first electrode layer is stacked on the front surface of the outer surface of the flat tubular support, and then the electrolyte layer is disposed on the front surface of the support except the protrusions. And a second electrode layer on the electrolyte layer of the reaction unit so as not to contact the electrical connection layer. 제21항에 있어서, 제1가스 흐름용 체널 내의 제1가스가 상하판의 반응면의 제1전극층으로 확산되어 전기 생성 반응이 일어나는 것을 특징으로 하는 지지체.22. The support according to claim 21, wherein the first gas in the first gas flow channel diffuses into the first electrode layer of the reaction surface of the upper and lower plates to generate an electricity generation reaction. 제21항에 있어서, 지지체를 적층 시 상위 지지체의 하판과 하위 지지체의 상판 사이 제2가스 흐름용 체널이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 지지체.22. The fuel cell support according to claim 21, wherein a second gas flow channel is formed between the lower plate of the upper support and the upper plate of the lower support when the support is stacked. 제21항에 있어서, 지지체를 적층 시 제2가스 흐름용 체널 내의 제2가스가 상위 지지체의 하판과 하위 지지체의 상판 상의 반응면의 제2전극층으로 확산되어 전기 생성 반응이 일어나는 것을 특징으로 하는 연료전지용 지지체.22. The fuel according to claim 21, wherein in stacking the support, the second gas in the second gas flow channel diffuses into the second electrode layer of the reaction surface on the lower plate of the upper support and the upper plate of the lower support to generate an electricity generation reaction. Battery support. 제21항에 있어서, 지지체를 적층 시 하위 지지체의 제1전극층이 상판 돌기부 전기연결층을 통하여 상위 지지체의 하판상의 제2전극층과 접촉되어 전기연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 지지체. 22. The fuel cell support according to claim 21, wherein the first electrode layer of the lower support is in contact with the second electrode layer on the lower plate of the upper support through the upper plate protrusion electrical connection layer when the support is stacked.
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