KR101109011B1 - Method for manufacturing cylindrical anode support electrolyte and cylindrical solid oxide fuel cell - Google Patents
Method for manufacturing cylindrical anode support electrolyte and cylindrical solid oxide fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR101109011B1 KR101109011B1 KR1020090098382A KR20090098382A KR101109011B1 KR 101109011 B1 KR101109011 B1 KR 101109011B1 KR 1020090098382 A KR1020090098382 A KR 1020090098382A KR 20090098382 A KR20090098382 A KR 20090098382A KR 101109011 B1 KR101109011 B1 KR 101109011B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- green sheet
- cylindrical
- electrolyte
- core frame
- anode support
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 25
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 6
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 1
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 5
- 229910002075 lanthanum strontium manganite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O Chemical compound [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FVROQKXVYSIMQV-UHFFFAOYSA-N [Sr+2].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O Chemical compound [Sr+2].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O FVROQKXVYSIMQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
연속 테이프 캐스팅 공정을 이용한 원통형 연료극 지지체 전해질 및 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지의 제조방법이 개시된다. 테이프 캐스팅 공정을 이용한 원통형 연료극 지지체 전해질의 제조방법은, 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 연료극 지지체 그린시트를 형성하는 단계, 상기 그린시트를 원통형 코어 프레임에 권취하는 단계, 상기 코어 프레임을 가열 및 가압하여 롤링하는 단계, 상기 코어 프레임을 제거하여 원통형 그린시트를 형성하는 단계, 상기 원통형 그린시트를 하소하는 단계 및 상기 하소가 완료된 원통형 그린시트를 공소결하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.Disclosed are a cylindrical anode support electrolyte and a cathode support cylindrical solid oxide fuel cell using a continuous tape casting process. In the method of manufacturing a cylindrical anode support electrolyte using a tape casting process, forming a cathode support green sheet using a tape casting process, winding the green sheet on a cylindrical core frame, and heating and pressing the core frame to roll And forming the cylindrical green sheet by removing the core frame, calcining the cylindrical green sheet, and co-sintering the cylindrical green sheet on which the calcination is completed.
원통형 고체산화물 연료전지(tubular solid oxide fuel cell), AST SOFC, 연료극 지지체 전해질, 테이프 캐스팅 Tubular solid oxide fuel cell, AST SOFC, anode support electrolyte, tape casting
Description
본 발명은 원통형 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 테이프 캐스팅 공정을 이용한 원통형 연료극 지지체 전해질과 원통형 고체산화물 연료전지의 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a cylindrical solid oxide fuel cell, and to a method for manufacturing a cylindrical anode support electrolyte and a cylindrical solid oxide fuel cell using a tape casting process, and to provide a cathode support type cylindrical solid oxide fuel cell manufactured by the method. will be.
연료전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 산화물 전해질을 통해 산화제(예를 들어, 산소)와 기상 연료(예를 들어, 수소)를 전기화학적으로 반응시킴으로써 직류 전기를 생산하는 에너지 전환 장치로써, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는다.A fuel cell is defined as a cell that has the ability to produce direct current by converting the chemical energy of fuel (hydrogen) directly into electrical energy, and through the oxide electrolyte, oxidant (eg oxygen) and gaseous fuel (eg For example, as an energy conversion device for producing direct current electricity by electrochemically reacting hydrogen), unlike the conventional battery, it is characterized by continuously producing electricity by supplying fuel and air from the outside.
연료전지의 종류로는 고온에서 작동하는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 및 비교적 낮은 온도에서 작동하는 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC), 고분자전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cells, DEMFC) 등이 있다.Fuel cell types include molten carbonate fuel cells (MCFCs), solid oxide fuel cells (SOFCs) operating at high temperatures, and phosphoric acid fuel cells operating at relatively low temperatures. Cell, PAFC), Alkaline Fuel Cell (AFC), Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Direct Methanol Fuel Cells (DEMFC).
고체산화물 연료전지는 600~1000℃ 고온에서 연료(수소)와 산소(공기)의 전기화학반응에 의해 연료로부터 직접적으로 전기를 발생시키는 것으로, 연료전지 중 가장 발전효율이 높고, 폐열을 이용하여 열병합 발전이 용이하며, 이러한 특징으로 인해 고성능의 깨끗하고 효율적인 전원이 될 수 있는 잠재력을 가지며, 다양한 전력 발생 용도로서 개발되고 있다.Solid oxide fuel cell generates electricity directly from fuel by electrochemical reaction of fuel (hydrogen) and oxygen (air) at high temperature of 600 ~ 1000 ℃. It is the highest generation efficiency among fuel cells and uses cogeneration by using waste heat. It is easy to generate power, has the potential to be a high performance, clean and efficient power supply, and is being developed for various power generation applications.
여기서, 고체산화물 연료전지는 연료극(anode)과 전해질(electrolyte) 및 공기극(cathode)으로 구성되는 단위전지(cell)의 다층 구조물인 스택(stack)으로 형성된다. 현재 가장 널리 사용되는 고용량 발전 시스템용 스택 구성은 기하학적으로 평판형과 원통형으로 나뉘어진다. 그런데 고체산화물 연료전지는 니켈 옥사이드(Nickel Oxide, 이하, 'NiO'라 한다)와 이트리아 안정화된 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia, 이하, 'YSZ'라 한다)의 복합체로 이루어진 연료극, YSZ 전해질 및 스트론튬 도핑된 란타늄 망가나이트(Lanthanum Strontium Manganite, 이하, 'LSM'이라 한다)와 YSZ의 복합체로 이루어진 공기극으로 구성될 수 있다. 고체산화물 연료전지는 세라믹 재질로 이루어지므로 평판형의 경우 열 충격에 대한 저항성이 작고 대면적 단위전지의 제조가 어렵다는 단점이 있다. 이에 반해 원통형의 경우 열 충격이 대한 저항성이 높고 대면적 단위전지의 제조가 용이하여 상용화에 유리하여 10㎾ 이상 중대형 연료전지 발전 시스템을 목적으로 원통형 고체산화물 연료전지의 연구개발이 수행되어 왔으며 현재 실용화 단계에 근접해 있다.Here, the solid oxide fuel cell is formed of a stack, which is a multilayer structure of a cell composed of an anode, an electrolyte, and a cathode. The most widely used stack configurations for high capacity power generation systems are geometrically divided into flat and cylindrical. However, the solid oxide fuel cell is composed of a composite of nickel oxide (hereinafter referred to as 'NiO') and yttria stabilized zirconia (hereinafter referred to as 'YSZ'), YSZ electrolyte and strontium doping. It can be composed of a cathode consisting of a composite of lanthanum Strontium Manganite (hereinafter referred to as "LSM") and YSZ. Since the solid oxide fuel cell is made of a ceramic material, there is a disadvantage that the flat plate type has a low resistance to thermal shock and difficult to manufacture a large area unit cell. In contrast, cylindrical cylinders have high resistance to thermal shock and are easy to manufacture large area unit cells, which is advantageous for commercialization. Therefore, R & D of cylindrical solid oxide fuel cells has been carried out for the purpose of medium and large fuel cell power generation systems of 10㎾ or more. Close to the step.
기존의 원통형 고체산화물 연료전지는 일반적으로 공기극 또는 연료극 지지체를 압출 공정을 이용하여 원통관을 형성한 후 그 표면에 전해질과 연료극(또는 공기극)을 순차적으로 코팅하여 단위전지를 제조하였다.In the conventional cylindrical solid oxide fuel cell, a unit cell was manufactured by forming a cylindrical tube using an extrusion process of an anode or a cathode support, and then sequentially coating an electrolyte and an anode (or cathode) on the surface thereof.
여기서, 공기극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지는 공기극의 소결온도가 연료극/전해질에 비해 낮아서 제조공정 및 성능구현에 여러 가지 문제점이 있었다. 이에 반해, 공기극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지에 비해 비교적 낮은 온도에서 작동이 가능하고 고출력을 얻을 수 있는 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지(Anode-Supported Tubular Solid Oxide Fuel Cell, AST SOFC)에 대한 연구가 진행되고 있다. AST SOFC는 압출 공정으로 제조된 연료극 지지체를 1400℃에서 1차 소결하고, 연료극 지지체 표면에 딥코팅 또는 스프레이코팅으로 전해질을 도포한 후 1400℃에서 2차 소결하여 원통형 연료극 지지체 전해질을 형성한다. 그리고 전해질과 마찬가지로 전해질 표면에 딥코팅이나 스프레이 코팅으로 공기극을 도포하여 1200℃에서 소결하여 단위전지를 제조할 수 있다.Here, the cathode support type cylindrical solid oxide fuel cell has various problems in manufacturing process and performance because the cathode sintering temperature is lower than that of the anode / electrolyte. On the contrary, a study on anode-supported tubular solid oxide fuel cells (AST SOFC), which can operate at a relatively low temperature and obtain high output, is possible compared to cathode-supported cylindrical solid oxide fuel cells. Is going on. The AST SOFC first sinters the anode support prepared by the extrusion process at 1400 ° C., applies an electrolyte to the surface of the anode support by dip coating or spray coating, and then sinters at 1400 ° C. to form a cylindrical anode support electrolyte. Like the electrolyte, the unit cell may be manufactured by applying a cathode on the surface of the electrolyte by dip coating or spray coating and sintering at 1200 ° C.
이와 같이 기존의 AST SOFC는 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요되며, 불량률이 높아서 생산성이 낮은 단점이 있다. 즉, 기존 AST SOFC 제조방법은 고가의 세라믹 압출 장비가 필요하며, 균일한 두께 및 형태를 갖는 원통형 연료극 지지체를 성형하기가 어렵고 전체적인 강도 및 밀도가 균일한 단위전지의 제조가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 전해질 및 공기극을 균일한 두께로 균질하게 코팅하는 것이 어렵다. 또한, 압출 공정의 특성 상 바인더와 화학약품의 사용량이 많아서 소결 시 가스가 많이 발생하여 소결 시 균열 및 깨짐이 발생하여 품질이 저하되고 생산성이 낮다는 문제점이 있다.As such, the conventional AST SOFC has a disadvantage in that the process is complicated and expensive, and the productivity is low due to the high defect rate. That is, the existing AST SOFC manufacturing method requires expensive ceramic extrusion equipment, it is difficult to form a cylindrical anode support having a uniform thickness and shape, and there is a problem that it is difficult to manufacture a unit cell with a uniform overall strength and density. In addition, it is difficult to homogeneously coat the electrolyte and the cathode with uniform thickness. In addition, due to the nature of the extrusion process, a large amount of binder and chemicals are used to generate a lot of gas during sintering, resulting in cracks and cracks during sintering, thereby degrading quality and lowering productivity.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 단위전지의 제조공정을 단순화시키고 비용 및 시간을 절감할 수 있는 원통형 연료극 지지체 전해질과 원통형 고체산화물 연료전지의 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해 제조된 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지를 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention for solving the above problems are a method of manufacturing a cylindrical anode support electrolyte and a cylindrical solid oxide fuel cell that can simplify the manufacturing process of the unit cell and reduce the cost and time, and the manufacturing method An anode support type cylindrical solid oxide fuel cell is provided.
또한, 본 발명의 실시예들은 균일한 두께와 밀도를 갖고 전해질 및 공기극의 두께가 균일하고 조성이 균질한 우수한 품질의 원통형 연료극 지지체 전해질과 원통형 고체산화물 연료전지의 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해 제조된 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지를 제공하기 위한 것이다.In addition, embodiments of the present invention are a method for producing a cylindrical anode support electrolyte and a cylindrical solid oxide fuel cell of a good quality having a uniform thickness and density, a uniform thickness of the electrolyte and the cathode and a uniform composition, and the manufacturing method It is to provide an anode-supported cylindrical solid oxide fuel cell.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 테이프 캐스팅 공정을 이용한 원통형 연료극 지지체 전해질의 제조방법은, 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 연료극 지지체 그린시트를 형성하는 단계, 상기 그린시트를 원통형 코어 프레임에 권취하는 단계, 상기 코어 프레임을 가열 및 가압하여 롤링하는 단계, 상기 코어 프레임을 제거하여 원통형 그린시트를 형성하는 단계, 상기 원통형 그린시트를 하소하는 단계 및 상기 하소가 완료된 원통형 그린시트를 공소결하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.According to embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, a method of manufacturing a cylindrical anode support electrolyte using a tape casting process, forming a cathode support green sheet using a tape casting process, the green Winding the sheet into a cylindrical core frame, heating and pressing the core frame to roll, removing the core frame to form a cylindrical green sheet, calcining the cylindrical green sheet, and the calcination is completed cylindrical It can be configured to include the step of sintering the green sheet.
예를 들어, 상기 그린시트는 상기 코어 프레임의 외주면 둘레 길이보다 작은 폭을 갖도록 재단된다. 그리고 상기 롤링 단계는 가열된 가열유닛 상에서 상기 그 린시트가 권취된 코어 프레임을 가압하여 다수 회 반복 롤링시킨다. 여기서, 상기 그린시트는 상기 그린시트의 양측 단부가 이격되어 여유 간극이 형성되도록 상기 코어 프레임에 권취되고, 상기 롤링 단계는 상기 여유 간극이 제거될 때까지 수행될 수 있다. 그리고 상기 롤링 단계 후 상기 그린시트의 양 단부가 서로 접합된 접합부에 페이스트를 도포하는 단계와 상기 페이스트를 건조시키는 단계가 수행될 수 있다.For example, the green sheet is cut to have a width smaller than the length of the circumference of the outer circumferential surface of the core frame. In the rolling step, the green frame is rolled on the heated heating unit and repeatedly rolled a plurality of times. Here, the green sheet is wound around the core frame such that both ends of the green sheet are spaced apart to form a clearance gap, and the rolling step may be performed until the clearance gap is removed. After the rolling step, a step of applying a paste to a joint portion at which both ends of the green sheet are bonded to each other and a step of drying the paste may be performed.
그리고 상기 롤링 단계 이전에 상기 그린시트 외측을 래핑하는 단계가 수행되며, 상기 래핑 단계는 상기 그린시트와 상기 가열유닛이 서로 접합되는 것을 방지할 수 있도록 상기 그린시트 외측을 래핑부재로 권취한다. 예를 들어, 상기 래핑부재는 상기 그린시트의 길이와 같거나 긴 길이를 갖고, 상기 그린시트를 적어도 1회 이상 권취될 수 있는 폭을 가질 수 있다.And the step of wrapping the green sheet outside before the rolling step is carried out, the wrapping step wound the green sheet outside with a wrapping member to prevent the green sheet and the heating unit is bonded to each other. For example, the lapping member may have a length equal to or longer than the length of the green sheet, and may have a width capable of winding the green sheet at least once.
또한, 상기 원통형 그린시트의 외주면에 전해질층이 배치되도록 상기 그린시트의 연료극층이 상기 코어 프레임에 결합되도록 권취되고, 상기 그린시트와 상기 코어 프레임의 결합력을 향상시키기 위해서 상기 그린시트를 권취하기 이전에 상기 코어 프레임 외주면에 연료극 분말을 도포할 수 있다.In addition, the anode layer of the green sheet is wound to be coupled to the core frame so that an electrolyte layer is disposed on an outer circumferential surface of the cylindrical green sheet, and before winding the green sheet to improve the bonding force between the green sheet and the core frame. The anode powder may be coated on the outer circumferential surface of the core frame.
그리고 상기 하소 단계는 950 내지 1050℃에서 2 내지 4시간 열처리된다. 또한, 상기 공소결 단계는 1200 내지 1400℃에서 수행된다.And the calcination step is heat-treated for 2 to 4 hours at 950 to 1050 ℃. In addition, the co-sintering step is carried out at 1200 to 1400 ℃.
그리고, 상기 연료극 지지체 그린시트를 형성하는 단계는, 연료극 시트를 형성하는 단계, 전해질 시트를 형성하는 단계, 상기 연료극 시트를 적층하여 연료극층을 형성하는 단계, 상기 연료극층 상에 상기 전해질 시트를 적층하여 전해질층을 형성하는 단계 및 상기 연료극층과 상기 전해질층이 적층된 적층체를 라미네이션하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 라미네이션 단계는 상기 적층체를 70 내지 90℃의 온도에서 700 내지 900㎏f/㎠으로 가압하고 50 내지 70분간 유지될 수 있다.The forming of the anode support green sheet may include forming an anode sheet, forming an electrolyte sheet, laminating the anode sheet to form an anode layer, and stacking the electrolyte sheet on the anode layer. Forming an electrolyte layer and laminating the laminate in which the anode layer and the electrolyte layer are stacked. For example, the lamination step may pressurize the laminate to 700 to 900kgf / ㎠ at a temperature of 70 to 90 ℃ and maintained for 50 to 70 minutes.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 테이프 캐스팅 공정을 이용한 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 원통형 연료극 지지체 전해질을 형성하는 단계, 상기 원통형 연료극 지지체 전해질 표면에 공기극을 도포하는 단계 및 상기 공기극이 도포된 연료극 지지체 전해질을 소결하는 단계로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 원통형 연료극 지지체 전해질 형성 단계는, 연료극 지지체 전해질 그린시트를 형성하는 단계, 상기 그린시트를 원통형 코어 프레임에 권취하는 단계, 상기 코어 프레임을 가열 및 가압하여 롤링하는 단계, 상기 코어 프레임을 제거하여 원통형 그린시트를 형성하는 단계, 상기 원통형 그린시트를 라미네이션 및 하소하는 단계 및 상기 원통형 그린시트를 공소결하는 단계로 구성될 수 있다.On the other hand, according to the embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, the manufacturing method of the anode support type cylindrical solid oxide fuel cell using a tape casting process, the cylindrical anode support electrolyte using a tape casting process Forming, coating the cathode on the surface of the cylindrical anode support electrolyte and sintering the anode support electrolyte coated with the cathode. The forming of the cylindrical anode support electrolyte may include forming an anode support electrolyte green sheet, winding the green sheet on a cylindrical core frame, rolling and heating the core frame, and removing the core frame. To form a cylindrical green sheet, laminating and calcining the cylindrical green sheet, and co-sintering the cylindrical green sheet.
예를 들어, 상기 공기극은 딥코팅 또는 스프레이 코팅 공정을 이용하여 형성될 수 있다.For example, the cathode may be formed using a dip coating or spray coating process.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 테이프 캐스팅 공정을 이용한 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지는, 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 형성된 연료극 지지체 전해질 그린시트를 원통형 코어 프레임에 권취하여 공소결함으로써 형성된 원통형 연료극 지지체 전해질 및 상기 원통형 연료극 지지체 전해질 상에 코팅 형성된 공기극으로 구성될 수 있다.On the other hand, according to the embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, the anode support type cylindrical solid oxide fuel cell using the tape casting process, the anode support electrolyte green sheet formed using the tape casting process cylindrical It may be composed of a cylindrical anode support electrolyte formed by winding and co-sintering the core frame and a cathode formed on the cylindrical anode support electrolyte.
예를 들어, 상기 원통형 연료극 지지체 전해질은 NiO와 YSZ가 혼합된 NiO/YSZ 서메트로 형성된 연료극층과 YSZ로 형성된 전해질층이 적층 형성될 수 있다. 여기서, 상기 전해질층은 1 내지 15㎛ 두께로 형성될 수 있다.For example, the cylindrical anode support electrolyte may be formed by stacking an anode layer formed of NiO / YSZ cermet mixed with NiO and YSZ and an electrolyte layer formed of YSZ. Here, the electrolyte layer may be formed to a thickness of 1 to 15㎛.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 원통형 연료극 지지체 전해질 및 원통형 고체산화물 연료전지를 형성할 수 있으므로 공정을 단순화시키고 공정 단계를 줄일 수 있어서 시간과 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the cylindrical anode support electrolyte and the cylindrical solid oxide fuel cell can be formed using a tape casting process, thereby simplifying the process and reducing the process steps, thereby reducing time and cost. Can be saved.
또한, 그린시트를 프레임에 권취하여 성형 후 공소결하여 지지체가 되는 연료극 지지체 전해질을 제조하므로 성형성을 향상시키고 연료극 지지체 전해질의 강도를 향상시킬 수 있으며 전해질을 박막화하는 데 유리하다.In addition, since the green sheet is wound on a frame and co-sintered after molding to produce a cathode support electrolyte serving as a support, the formability and the strength of the anode support electrolyte can be improved, which is advantageous for thinning the electrolyte.
또한, 박막 전해질을 형성할 수 있으므로 저온에서 운전이 가능하도록 단위전지의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, since the thin film electrolyte can be formed, the performance of the unit cell can be improved to enable operation at low temperatures.
또한, 기존 압출 방식에 비해 균일한 두께와 균질한 품질의 연료극 지지체 전해질을 제조할 수 있어서 단위전지의 품질을 향상시킬 수 있고 불량률을 저하시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.In addition, the anode support electrolyte having a uniform thickness and a homogeneous quality can be prepared as compared with the conventional extrusion method, thereby improving the quality of the unit cell, lowering the defective rate, and improving productivity.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료극 지지체 원통형 고체산화물 연료전지(Anode-Supported Tubular Solid Oxide Fuel Cell, 이하, 'AST SOFC'라 한다)의 원통형 연료극 지지체 전해질과 AST SOFC의 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 AST SOFC의 단위전지 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1의 AST SOFC 제조방법을 설명하기 위한 모식도들이다.Hereinafter, a cylindrical anode support electrolyte of an anode-supported tubular solid oxide fuel cell (hereinafter, referred to as AST SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The manufacturing method of AST SOFC is demonstrated in detail. For reference, FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a unit cell of an AST SOFC according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are schematic diagrams for describing the method for manufacturing an AST SOFC of FIG. 1.
고체산화물 연료전지는 연료극(anode)과 전해질(electrolyte) 및 공기극(cathode)으로 구성되는 단위전지(cell)가 다층으로 적층(stack)되어 형성된다.The solid oxide fuel cell is formed by stacking a plurality of unit cells composed of an anode, an electrolyte, and a cathode.
AST SOFC의 단위전지 제조방법은 크게 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 연료극과 전해질을 형성하고 동시 소결하여 연료극 지지체 전해질을 형성하는 단계와 전해질 상에 공기극을 형성하는 단계로 이루어진다. 예를 들어, 공기극은 딥코팅이나 스프레이코팅, 스크린 프린팅 공정과 같이 연료극 지지체 전해질 상에 공기극 물질을 코팅하여 형성할 수 있다.The unit cell manufacturing method of the AST SOFC consists of forming a cathode and an electrolyte by using a tape casting process and simultaneously sintering to form an anode support electrolyte and forming an anode on the electrolyte. For example, the cathode may be formed by coating the cathode material on the anode support electrolyte, such as a dip coating, spray coating, or screen printing process.
예를 들어, 연료극은 니켈 옥사이드(Nickel Oxide, 이하, 'NiO'라 한다)와 이트리아 안정화된 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia, 이하, 'YSZ'라 한다)가 혼합된 NiO/YSZ 서메트(cermet)로 형성되고, 전해질은 YSZ가 사용될 수 있다. 그리고 공기극은 스트론튬 도핑된 란타늄 망가나이트(Lanthanum Strontium Manganite, 이하, 'LSM'이라 한다) 또는 LSM/YSZ 서메트로 형성될 수 있다.For example, the anode may be a NiO / YSZ cermet mixed with nickel oxide (hereinafter referred to as 'NiO') and yttria stabilized zirconia (hereinafter referred to as 'YSZ'). YSZ may be used as the electrolyte. The cathode may be formed of strontium-doped lanthanum manganite (hereinafter referred to as LSM) or LSM / YSZ cermet.
연료극 지지체 전해질 제조방법은, 우선 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 연료극 시트와 전해질 시트를 형성한다(S11, S12).In the method of manufacturing a cathode support electrolyte, a cathode sheet and an electrolyte sheet are first formed by using a tape casting process (S11, S12).
예를 들어, 연료극 시트는 NiO와 YSZ를 50:50 또는 60:40의 비율로 혼합하여 슬러리를 형성하고 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 소정 두께의 시트 형태로 형성된다. 또한, 슬러리는 기공체, 솔벤트(solvent), 분산제 및 바인더 등이 첨가될 수 있다.For example, the anode sheet is formed by mixing NiO and YSZ in a ratio of 50:50 or 60:40 to form a slurry and using a tape casting process to form a sheet having a predetermined thickness. In addition, the slurry may be added to the pore body, solvent (solvent), dispersant and binder.
그리고 전해질 시트 역시 연료극 시트와 마찬가지로 YSZ 전해질을 형성한 후 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 소정 두께(예를 들어, 1~15㎛)의 시트 형태로 형성된다.The electrolyte sheet is also formed in the form of a sheet having a predetermined thickness (for example, 1 to 15 μm) by using a tape casting process after forming the YSZ electrolyte like the anode sheet.
다음으로, 다수의 연료극 시트를 적층하여 소정 두께의 연료극층(11)을 형성하고 연료극층(11) 상에 전해질 시트를 적층하여 전해질층(12)을 형성함으로써 연료극 지지체 전해질 그린시트(green sheet)(10)를 형성할 수 있다(S13).Next, a plurality of anode sheets are stacked to form a
예를 들어, 그린시트(10)는 연료극 시트를 40~60장 적층하여 소정 두께의 연료극층(11)을 형성하고, 연료극층(11) 상에 1장의 전해질 시트를 적층하여 전해질층(12)을 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 연료극 시트와 전해질 시트가 적층되는 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.For example, the
한편, 연료극층(11)과 전해질층(12)이 적층되어 형성된 적층체에서 적층된 연료극 시트와 전해질 시트들 사이에 간극이 발생하거나 서로 박리되는 것을 방지하기 위한 라미네이션(lamination) 공정이 수행된다(S14). 특히, 라미네이션 단 계(S14)는 연료극층(11)과 전해질층(12)이 서로 박리되는 것을 방지하기 위해서 소정 온도에서 소정 압력을 가하여 소정 시간 유지시킨다. 예를 들어, 적층체를 70 내지 90℃의 온도(예를 들어, 80℃)에서 700~900㎏f/㎠으로 가압하여 50~70분간 유지하는 라미네이션 공정을 수행한다.On the other hand, in the laminate formed by stacking the
다음으로, 원통형 연료극 지지체 전해질을 형성하기 위한 소정 직경의 코어 프레임(core frame)(1)을 마련한다(S15).Next, a core frame 1 having a predetermined diameter for forming the cylindrical anode support electrolyte is provided (S15).
코어 프레임(1)은 원통형 연료극 지지체 전해질 및 AST SOFC 단위전지의 형태를 형성하기 위한 틀로써, 제조하고자 하는 원통형 연료극 지지체 전해질의 크기에 대응되는 직경과 길이를 갖는 드럼 또는 봉(rod) 형태를 갖는다.The core frame 1 is a frame for forming the cylindrical anode support electrolyte and the AST SOFC unit cell, and has a drum or rod shape having a diameter and a length corresponding to the size of the cylindrical anode support electrolyte to be manufactured. .
다음으로, 라미네이션이 완료된 그린시트(10)를 코어 프레임(1)에 맞게 재단한다(S16).Next, the lamination is completed to cut the
예를 들어, 그린시트(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 코어 프레임(1) 외주면 둘레를 따라 1회 권취될 수 있도록 코어 프레임(1)의 외주면 둘레에 대응되는 폭(W)을 갖고 소정 길이(L)를 갖는 직사각형 형태로 재단된다. 여기서, 그린시트(10)의 길이(L)는 AST SOFC 단위전지(20)의 길이가 되고, 코어 프레임(1)의 길이와 같거나 짧은 길이를 갖는다.For example, the
또한, 그린시트(10)의 폭(W)은 코어 프레임(1)의 외주면 둘레보다 조금 짧은 길이로 재단되어서 그린시트(10)가 코어 프레임(1)에 권취되었을 때 그린시트(10)의 서로 맞닿는 양측 단부(E1, E2) 사이에 여유 간극(G)이 형성된다. 이는 그린시트(10) 권취 시 여유 간극(G)을 형성함으로써 후술하는 롤링 단계(S20)에서 가압에 의해 그린시트(10)의 폭 방향 길이 증가에 대한 여유를 주어 그린시트(10)가 부분적으로 변형되거나 두께가 불균일해지는 것을 방지할 수 있다. 여기서 여유 간극(G)의 크기는 코어 프레임(1) 및 그린시트(10)의 폭(W)과 그린시트(10)의 두께, 그리고 롤링 단계(S20)에서 그린시트(10)가 압착되는 양에 따라 실질적으로 다양하게 형성될 수 있다.In addition, the width W of the
다음으로, 코어 프레임(1) 표면에 연료극 분말을 도포한 후(S17) 재단된 그린시트(10)를 코어 프레임(1)에 권취한다(S18).Next, after applying the anode powder to the surface of the core frame 1 (S17), the cut
단위전지가 연료극-전해질-공기극 순서로 적층되어 형성될 수 있도록 그린시트(10)는 연료극층(11)이 코어 프레임(1)에 접촉되도록 권취된다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 전해질층(12)이 하부 연료극층(11)이 상부에 위치하도록 배치한 상태에서 그린시트(10)를 코어 프레임(1)에 권취하면 원통형 연료극 지지체 전해질(21)은 외주면에 전해질이 배치되고 내주면에 연료극이 배치되는 구조를 갖는다. 여기서, 그린시트(10)는 연료극층(11)이 코어 프레임(1)과 결합되므로 코어 프레임(1) 표면에 결합을 위한 연료극 분말을 도포한다.The
그리고 재단된 그린시트(10)를 코어 프레임(1) 둘레를 따라 1회 권취한다. 그린시트(10)의 폭(W)이 코어 프레임(1)의 외주면 둘레 길이보다 조금 짧게 재단되므로 그린시트(10)를 권취하면 서로 맞닿는 양측 단부(E1, E2)가 일정 간격 이격되어 코어 프레임(1)의 길이 방향을 따라 길게 여유 간극(G)이 형성된다.The cut
한편, 도 2에서 미설명 도면부호 2는 코어 프레임(1)의 회전을 제어하는 제어부(2)로, 특히, 그린시트(10)의 권취를 위해 코어 프레임(1)을 소정 속도로 회전 시키도록 구성될 수 있다. 또한, 그린시트(10)가 들뜨는 부분 없이 코어 프레임(1)에 밀착 권취될 수 있도록 코어 프레임(1)을 소정 압력으로 가압하여 그린시트(10)를 권취할 수 있다.Meanwhile,
다음으로, 권취된 그린시트(10) 외측을 래핑부재(3)로 래핑한다(S19).Next, the outer side of the wound
래핑부재(3)는 그린시트(10)가 코어 프레임(1)에서 분리되는 것을 방지하고 롤링 단계(S20)에서 그린시트(10)가 가열유닛(4)과 접착되는 것을 방지한다. 래핑부재(3)는 그린시트(10)와 가열유닛(4)에 접착되지 않는 재질로 형성되며, 더불어 롤링 단계(S20)에서 소정 온도로 가열되는 열에 의해 물리적/화학적으로 변형되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 래핑부재(3)는 그린시트(10)에 열과 압력을 균일하게 전달할 수 있는 소재가 사용된다. 예를 들어, 래핑부재(3)는 통상적으로 음식 포장 등에 사용되는 랩(wrap)가 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 래핑부재(3)는 실질적으로 다양한 재질이 사용될 수 있다.The wrapping
또한, 래핑부재(3)는 그린시트(10)를 충분히 감쌀 수 있도록 적어도 그린시트(10)의 길이(L)와 동일하거나 더 긴 길이를 가지며, 그린시트(10) 둘레를 1회 또는 다수 회 권취될 수 있는 충분한 폭을 갖는다. 또한, 래핑부재(3)는 그린시트(10)의 롤링 단계(S20)에서 그린시트(10)에 변형을 발생시키지 않도록 균일한 두께로 권취된다.In addition, the wrapping
다음으로, 래핑된 코어 프레임(1) 및 그린시트(10)를 소정 온도로 가열된 가열유닛(4) 상에서 소정 압력으로 가압하여 롤링한다(S20).Next, the wrapped core frame 1 and the
롤링 단계(S20)은 코어 프레임(1)에 권취된 그린시트(10)가 소정의 연성을 가질 수 있도록 소정 온도로 가열하고, 가열된 그린시트(10)가 소정 길이 늘어날 수 있도록 소정의 압력을 가한다. 롤링 단계(S20)는 가열유닛(4) 상면에 대해 그린시트(10)를 가압하면서 그린시트(10)를 좌우로 다수회 반복 롤링시킨다. 여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 그린시트(10)의 양측 단부(E1, E2)가 서로 접합되어(E) 여유 간극(G)이 없어질 때까지 그린시트(10)를 반복 롤링시킨다.Rolling step (S20) is heated to a predetermined temperature so that the
여기서, 코어 프레임(1) 일측에는 그린시트(10)를 가압 및 롤링하기 위한 수단이 구비될 수 있다. 예를 들어, 코어 프레임(1)의 양측에는 코어 프레임(1)을 가압하기 위한 가압부(5)가 구비될 수 있다. 여기서, 코어 프레임(1)은 그린시트(10)의 길이(L)보다 길게 형성되어 그린시트(10) 양측으로 일정 길이 연장 형성되고, 가압부(5)는 코어 프레임(1)의 일측 또는 양측에서 코어 프레임(1)을 가열유닛(4)에 대해 가압할 수 있다. 그리고 그린시트(10)는 코어 프레임(1)과 가열유닛(4) 사이에서 압착되면서 가열 및 가압된다.Here, means for pressing and rolling the
또는, 코어 프레임(1) 상부에 가해지는 압력을 그린시트(10)에 균일하게 전달하기 위한 가압부재(6)가 구비될 수 있다. 가압부재(6)는 그린시트(10)가 권취된 코어 프레임(1) 상부에 구비되며 그린시트(10)에 직접 접촉되도록 구비된다. 그리고 가압부재(6)는 가해지는 압력을 그린시트(10)에 균일하게 전달할 수 있도록 평편한 플레이트 형태를 갖고 코어 프레임(1) 또는 그린시트(10)의 길이(L)에 대응되는 길이를 가질 수 있다. 그린시트(10)는 상부에서 가압부재(6)와 코어 프레임(1) 사이에서 압착되고, 하부에서도 코어 프레임(1)과 가열유닛(4) 사이에서 압착되면서 가열 및 가압된다. 예를 들어, 가압부재(6)는 소정 두께를 갖는 유리판 이 사용될 수 있다.Alternatively, the pressing member 6 may be provided to uniformly transfer the pressure applied to the upper portion of the core frame 1 to the
가열유닛(4)은 소정 온도로 가열 가능하고 그린시트(10)의 가압 롤링이 가능하도록 평편한 상면을 갖는다. 또한, 가열유닛(4)의 상면은 그린시트(10)가 권취된 코어 프레임(1)이 안착되어 롤링 가능하도록 그린시트(10)의 길이(L)보다 긴 길이를 갖고 소정 너비를 갖는다. 여기서, 가열유닛(4)의 상면은 그린시트(10)가 1회 이상 롤링 가능하도록 그린시트(10)의 폭(W)보다 긴 너비를 가질 수 있다.The heating unit 4 has a flat upper surface to enable heating to a predetermined temperature and to allow for pressure rolling of the
다음으로, 여유 간극(G)이 없어져서 단부(E1, E2)가 서로 접합되면 롤링을 완료하고, 래핑부재(3)를 제거한다(S21).Next, when the clearance gap G disappears and the edge parts E1 and E2 are joined together, rolling is completed and the lapping
다음으로, 래핑부재(3)가 제거된 그린시트(10)에서, 단부(E1, E2)가 서로 접합된 접합부(E)에서 양측 단부(E1, E2)의 단면에 페이스트(paste)를 도포한다(S22).Next, in the
페이스트는 양측 단부(E1, E2) 사이에 개재되어 양측 단부(E1, E2)를 서로 접착시킴으로써 그린시트(10)가 원통 형태로 형성되도록 하고, 특히, 접합부(E)가 분리되거나 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.The paste is interposed between the end portions E1 and E2 so that the
다음으로, 단부(E1, E2)에 도포한 페이스트가 건조되어 접합부(E)가 완전히 접착될때까지 건조시킨다(S23).Next, the paste applied to the end portions E1, E2 is dried and dried until the bonding portion E is completely bonded (S23).
그리고 페이스트가 완전히 건조되면 코어 프레임(1)을 제거하여 원통형 연료극 지지체 전해질의 그린시트(이하, '원통형 그린시트'라 한다)를 형성할 수 있다(S24).When the paste is completely dried, the core frame 1 may be removed to form a green sheet of the cylindrical anode support electrolyte (hereinafter, referred to as a 'cylindrical green sheet') (S24).
다음으로, 테이프 캐스팅 공정을 위한 연료극 슬러리와 전해질 슬러리 형성 단계에서 혼합된 기공체와 솔벤트, 바인더, 분산제 등의 성분을 제거하기 위한 하소(calcinations, ?燒) 단계를 수행한다(S25).Next, calcinations are performed to remove components such as the porous body, the solvent, the binder, and the dispersant mixed in the anode slurry and the electrolyte slurry forming step for the tape casting process (S25).
하소 단계는 원통형 그린시트에서 제거하고자 하는 성분의 특성에 맞춰서 단계별로 진행될 수 있다. 예를 들어, 원통형 그린시트를 1000℃에서 3시간 동안 열처리를 수행할 수 있으며, 이 때 1000℃까지 단계적으로 승온시킴으로써 솔벤트, 바인더, 카본을 순차적으로 제거할 수 있다.The calcination step can be carried out step by step according to the characteristics of the component to be removed from the cylindrical green sheet. For example, the cylindrical green sheet may be heat treated at 1000 ° C. for 3 hours. At this time, the solvent, binder, and carbon may be sequentially removed by gradually raising the temperature to 1000 ° C.
다음으로, 하소가 완료된 그린시트를 공소결(S26)하여 원통형 연료극 지지체 전해질(21)을 형성한다.Next, the sintered green sheet is co-sintered (S26) to form a cylindrical
예를 들어, 원통형 그린시트는 약 1350℃에서 공소결되어 원통형 연료극 지지체 전해질(21)이 형성된다.For example, the cylindrical green sheet is co-sintered at about 1350 ° C. to form the cylindrical
다음으로, 공기극(22)을 형성하기 위해서 원통형 연료극 지지체 전해질(21) 상에 공기극(22)을 도포하고(S27) 소정 온도에서 소결하여 AST SOFC의 단위전지(20)를 제조한다(S28).Next, in order to form the
예를 들어, 공기극(22)은 원통형 연료극 지지체 전해질(21)의 표면, 즉, 전해질층(12) 상에 공기극 페이스트를 딥코팅 또는 스프레이코칭 공정을 이용하여 소정 두께로 도포하여 형성한다. 여기서, 공기극 페이스트는 LSM에 유기바인더, 유기용매를 혼합하여 제조할 수 있다.For example, the
그리고 공기극(22)이 코팅된 원통형 연료극 지지체 전해질(21)을 1200℃에서 소결함으로써 AST SOFC 단위전지(20)를 형성할 수 있다.In addition, the AST
본 발명의 실시예들에 따르면, 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 형성된 시트 형태의 연료극과 전해질을 적층하고 원통형의 코어 프레임(1)에 권취한 후 가열 및 가압하여 롤링함으로써 간단하게 원통형 연료극 지지체 전해질(21)을 형성할 수 있어서, 원통형 연료극 지지체 전해질(21) 및 AST SOFC의 제조방법을 단순화시키고, 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 또한, 테이프 캐스팅 공정은 기존 공정들에 비해 연료극과 전해질의 두께 조절이 용이하며, 연료극 지지체의 강도를 조절하기가 용이하다. 특히 전해질의 박막화에 유리하여 AST SOFC의 품질을 향상시킬 수 있고, 전해질을 박막화함으로써 저온 운전이 가능한 AST SOFC를 제조할 수 있다. 또한, 연료극과 전해질의 두께를 균일하게 형성할 수 있으며 불량 발생을 억제하고, 연료극 지지체의 강도와 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 성형성을 향상시킴으로써 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the cylindrical fuel
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like, but the embodiments and the drawings are provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above-described embodiments. In other words, various modifications and variations are possible to those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and all the things that are equivalent to or equivalent to the scope of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 연료극 지지체 전해질 제조방법을 설명하기 위한 순서도;1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a cylindrical anode support electrolyte according to an embodiment of the present invention;
도 2 내지 도 4는 도 1의 원통형 연료극 지지체 전해질 제조방법을 설명하기 위한 모식도들;2 to 4 are schematic views for explaining the method for producing a cylindrical anode support electrolyte of FIG. 1;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 고체산화물 연료전지의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.5 is a schematic view for explaining a method of manufacturing a cylindrical solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 코어 프레임 2: 제어부1: core frame 2: control unit
3: 래핑부재 4: 가열유닛3: wrapping member 4: heating unit
5: 가압부 6: 가압부재5: pressing part 6: pressing member
10: 연료극 지지체 전해질 그린시트(green sheet)10: anode support electrolyte green sheet
11: 연료극층 12: 전해질층11: fuel electrode layer 12: electrolyte layer
20: AST SOFC 단위전지 21: 원통형 연료극 지지체 전해질20: AST SOFC unit cell 21: cylindrical anode support electrolyte
22: 공기극 E1, E2: 단부22: air electrode E1, E2: end
E: 접합부 G: 여유 간극E: junction G: clearance clearance
L: 길이 W: 폭L: Length W: Width
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090098382A KR101109011B1 (en) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | Method for manufacturing cylindrical anode support electrolyte and cylindrical solid oxide fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090098382A KR101109011B1 (en) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | Method for manufacturing cylindrical anode support electrolyte and cylindrical solid oxide fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110041288A KR20110041288A (en) | 2011-04-21 |
| KR101109011B1 true KR101109011B1 (en) | 2012-01-31 |
Family
ID=44047285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090098382A Active KR101109011B1 (en) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | Method for manufacturing cylindrical anode support electrolyte and cylindrical solid oxide fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101109011B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101606161B1 (en) * | 2014-04-07 | 2016-03-25 | 한국에너지기술연구원 | Manufacturing method of a tubular metal supported solid oxide fuel cell |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101215418B1 (en) * | 2011-07-20 | 2012-12-26 | 한국생산기술연구원 | Method of unit cell for solid oxide fuel cell |
| CN104392834B (en) * | 2014-05-14 | 2016-09-21 | 深圳顺络电子股份有限公司 | The manufacture method of a kind of ferrocart core base substrate and the manufacture method of ferrocart core |
| KR102083989B1 (en) | 2017-10-23 | 2020-03-03 | 재단법인 멀티스케일 에너지시스템 연구단 | Method for manufacturing solid oxide cell comprising three-dimensional ceramic composite interface structure |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107308A (en) * | 1988-10-14 | 1990-04-19 | Nisshin Steel Co Ltd | Manufacture of ceramic filter |
| US20070141423A1 (en) | 2005-12-19 | 2007-06-21 | National Inst Of Adv Industrial Science And Tech. | Tubular electrochemical reactor cell and electrochemical reactor system which is composed of the cell |
| KR20080056968A (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-24 | 한국생산기술연구원 | Tape casting method of solid oxide fuel cell and tape casting device using same |
| US20090155660A1 (en) | 2007-12-14 | 2009-06-18 | Korea Institute Of Energy Research | Tubular solid oxide fuel cells |
-
2009
- 2009-10-15 KR KR1020090098382A patent/KR101109011B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107308A (en) * | 1988-10-14 | 1990-04-19 | Nisshin Steel Co Ltd | Manufacture of ceramic filter |
| US20070141423A1 (en) | 2005-12-19 | 2007-06-21 | National Inst Of Adv Industrial Science And Tech. | Tubular electrochemical reactor cell and electrochemical reactor system which is composed of the cell |
| KR20080056968A (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-24 | 한국생산기술연구원 | Tape casting method of solid oxide fuel cell and tape casting device using same |
| US20090155660A1 (en) | 2007-12-14 | 2009-06-18 | Korea Institute Of Energy Research | Tubular solid oxide fuel cells |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101606161B1 (en) * | 2014-04-07 | 2016-03-25 | 한국에너지기술연구원 | Manufacturing method of a tubular metal supported solid oxide fuel cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110041288A (en) | 2011-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100886239B1 (en) | Method for suppressing reaction by-product generation, solid oxide fuel cell using same and manufacturing method thereof | |
| JP5219298B2 (en) | Thin solid oxide battery | |
| KR101083701B1 (en) | Reversible Solid Oxide Fuel Cell Stack and Method for Preparing Same | |
| US20070015045A1 (en) | High performance anode-supported solid oxide fuel cell | |
| JP5608813B2 (en) | Method for producing solid oxide fuel cell unit cell | |
| KR101109011B1 (en) | Method for manufacturing cylindrical anode support electrolyte and cylindrical solid oxide fuel cell | |
| KR101277885B1 (en) | Tube type fuel celland method for manufacturing the same | |
| KR101215418B1 (en) | Method of unit cell for solid oxide fuel cell | |
| JP2013012397A (en) | Solid oxide fuel cell and fuel cell module | |
| KR101072137B1 (en) | Anode-supported electrolyte for solid oxide fuel cell and manufacturing method of the same | |
| EP3343682B1 (en) | Flat plate-shaped solid oxide fuel cell and cell module comprising same | |
| KR102745793B1 (en) | Substrate with electrode layer for metal support type electrochemical element, electrochemical element, electrochemical module, solid oxide fuel cell, and manufacturing method | |
| KR101054549B1 (en) | Electrolyte for solid oxide fuel cell and manufacturing method of the electrolyte and cell having the electrolyte and manufacturing method of the cell | |
| KR102030981B1 (en) | Metal-supported solid oxide fuel cell and manufacturing method | |
| JP2004362913A (en) | Electrolyte for solid oxide fuel cell and method for producing the same | |
| US20040247971A1 (en) | One-step consolidation process for manufacturing solid oxide fuel cells | |
| KR102719579B1 (en) | Method for manufacturing electrochemical element and electrochemical element | |
| JP2012142241A (en) | Method for manufacturing single cell for solid oxide fuel cell | |
| JP6162572B2 (en) | Method for producing solid oxide fuel cell single cell and method for producing solid oxide fuel cell stack | |
| US20110014539A1 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP2011129264A (en) | Manufacturing method of fuel cell | |
| CA3016512C (en) | Method for manufacturing fuel cell stack | |
| KR101669002B1 (en) | Unit cells for solid oxide fuel cells and manufacturing method thereof | |
| JP2017522691A (en) | Fuel cell having a flat cylindrical anode | |
| KR102707813B1 (en) | Solid oxide fuel cells and method of manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20091015 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20110517 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20120116 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20120117 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20120118 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170117 Year of fee payment: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20170117 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180102 Year of fee payment: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180102 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190102 Year of fee payment: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20190102 Start annual number: 8 End annual number: 8 |