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KR101328303B1 - Anode electrode plate for electro-forming, method for preparing the same and method for preparing metal supporting body by using the same - Google Patents

Anode electrode plate for electro-forming, method for preparing the same and method for preparing metal supporting body by using the same Download PDF

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KR101328303B1
KR101328303B1 KR1020120098454A KR20120098454A KR101328303B1 KR 101328303 B1 KR101328303 B1 KR 101328303B1 KR 1020120098454 A KR1020120098454 A KR 1020120098454A KR 20120098454 A KR20120098454 A KR 20120098454A KR 101328303 B1 KR101328303 B1 KR 101328303B1
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KR
South Korea
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metal
base plate
electroforming
plate
electrolyte
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KR1020120098454A
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손창영
김진유
전중환
문지웅
이재곤
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주식회사 포스코
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a Fe-Ni alloy metal support for solid oxide fuel cells, a plate used for the method and the manufacturing method for the plate. The plate is conductive for electroforming to manufacture metal foil using an electro-deposition reaction. The plate for electroforming comprises a width of 30 to 500�� a plurality of protrusions. The protrusions are provided at a range of 10 to 90%. [Reference numerals] (AA) Intaglio unit;(BB) Metal seed layer;(CC) Silicon wafer

Description

전기주조용 모판, 그 제조방법 및 이를 이용한 금속지지체 제조방법{Anode Electrode Plate for Electro-forming, Method for Preparing the Same and Method for Preparing Metal Supporting Body by Using the Same}Technical Field [0001] The present invention relates to an electroforming base plate, an electroforming base plate, a manufacturing method thereof, and a method of manufacturing a metal support using the same.

본 발명은 연료전지, 특히 고체산화물 연료전지(SOFC, solid oxide fuel cell)용 Fe-Ni 합금 금속지지체 제조방법, 이에 사용되는 모판 및 그 모판 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell, in particular, a method for manufacturing a Fe-Ni alloy metal support for a solid oxide fuel cell (SOFC), a base plate used therefor, and a method for manufacturing the base plate.

고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 직접 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이때, 전해질로는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 이용하여 현존하는 연료전지 중 동작온도가 가장 높은 650℃~1000℃의 범위에서 작동한다. 따라서 고체 산화물 연료전지는 전기에너지 발생량뿐만 아니라, 폐열 및 온수를 이용한 열 복합 발전이 가능하므로 이론적으로 80% 이상, 상용화 제품은 40~60%로 발전효율이 높은 연료전지이다.
Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is a device that directly generates electrical energy by electrochemically reacting fuel and oxidizer. At this time, a solid oxide which can permeate oxygen or hydrogen ions is used as an electrolyte, and the fuel cell operates in the range of 650 ° C to 1000 ° C, which is the highest operating temperature of the existing fuel cell. Therefore, solid oxide fuel cells are capable of generating thermal combined power using not only electric energy but also waste heat and hot water, so the theoretical efficiency is higher than 80% and the commercialized products are 40 ~ 60%.

이러한 장점을 바탕으로 향후 100㎾~수십㎿급 규모의 중대형 발전 시스템 분야, 1㎾~10㎾급 규모의 가정용 소형발전 시스템 및 자동차 보조동력원용 등으로 활용하기 위하여 기술 개발이 추진되고 있는 실정이다.
Based on these advantages, the technology development is being promoted in order to utilize the power generation system of 100 ~ kW to several tens of megawatts, the small power generation system of household size for 1 kW to 10 kW scale, and the auxiliary power source for automobiles.

이러한 고체산화물 연료전지는 연료극/전해질/공기극을 기본으로 하는 단위 셀로 구성되며, 단위 면적당 하나의 단위 셀에서 얻어지는 발전용량은 약 1V 정도이다. 따라서 실제 발전 설비에 필요한 출력을 내기 위해서는 여러 개의 단위 셀을 직렬 및 병렬로 연결하고 셀과 셀 사이는 분리판 및 집전체를 삽입하여 스택(stack)을 구성한다.
Such a solid oxide fuel cell is composed of unit cells based on a fuel electrode / electrolyte / air electrode, and the power generation capacity obtained from one unit cell per unit area is about 1V. Therefore, in order to output power required for actual power generation facilities, a plurality of unit cells are connected in series and in parallel, and a stack is formed by inserting a separator plate and a current collector between cells.

현재까지 연료전지의 상용화에 어려움을 겪는 부분은 단위 셀의 면적을 크게 할수록 효율이 떨어지는 점과, 밀봉(sealing), 열 충격 및 물리적 충격에 대한 파괴인성이 낮다는 점이다. 특히 세라믹 지지체형 고체산화물의 경우 근본적으로 파괴인성이 낮기 때문에 충격에 매우 취약하며, 이를 해결하기 위하여 금속지지체형 고체산화물 연료전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
Until now, it has been difficult to commercialize fuel cells because the larger the area of the unit cell is, the lower the efficiency and the lower the fracture toughness due to sealing, thermal shock and physical impact. Particularly, in the case of the ceramic support type solid oxide, since the fracture toughness is basically low, it is very vulnerable to impact. To solve this problem, development of a metal support type solid oxide fuel cell is underway.

일반적으로 금속지지체가 가져야 할 요구조건으로는, (1) 전기전도도가 높을 것, (2) 양극으로의 연료 주입 경로를 확보할 것, (3) 충격 특성이 우수할 것, (4) 고체전해질 소재와 열팽창 계수가 유사할 것 등을 들 수 있다. 이와 같은 조건을 만족시키는 금속지지체에 대하여 현재 추진되고 있는 연구 방향으로는, 레이저 드릴링 가공 방법이나 금속 분말을 소결하는 방법 등이 있다.
In general, the requirements for the metal support include (1) high electrical conductivity, (2) ensuring a fuel injection path to the anode, (3) excellent impact properties, (4) And the coefficient of thermal expansion is similar to that of the material. As a research direction currently being pushed toward the metal support which satisfies such conditions, there is a laser drilling processing method, a method of sintering metal powder, and the like.

그러나, 상기 레이저 드릴링 가공 방법으로는 통상 수십 ㎛ 이하의 기공을 확보하는데 무리가 있으며, 얻어진 금속 지지체에 대하여 레이저 드릴링을 수행해야 하므로, 생산성이 낮다. 한편, 금속 분말을 소결하는 경우 기공의 분포를 균일하게 가져가기 힘들뿐만 아니라 분말 입계에서 미세균열의 발생 및 전파가 용이하여 취성 파괴를 유발할 우려가 있다.
However, the laser drilling method is usually difficult to secure pores of several tens of micrometers or less, and the productivity is low because laser drilling should be performed on the obtained metal support. On the other hand, when the metal powder is sintered, it is difficult to uniformly distribute the pores, and there is a possibility that the generation and propagation of microcracks at the powder grain boundaries is easy, causing brittle fracture.

본 발명에서는 전기주조(Electro-forming)를 이용하여 연료가 통과하는 기공의 크기 및 분포를 정밀하게 제어하여 고체산화물 연료전지용 금속지지체로서 사용되는 금속호일을 제조하는 방법을 제공하고자 하며, 이를 통해 고체산화물 연료전지의 장기 동작 안정성을 확보하고자 한다.
The present invention provides a method of manufacturing a metal foil used as a metal support for a solid oxide fuel cell by precisely controlling the size and distribution of pores through which fuel passes using electroforming, Thereby securing the long-term operation stability of the oxide fuel cell.

나아가, 본 발명은 전기주조에 의해 금속지지체를 제조함에 있어서 사용되는 모판 및 그 모판을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. 내구성이 우수한 모판을 이용하여 전기주조에 의해 다공성의 금속 지지체를 제조함으로써 홀 막힘 현상을 방지할 수 있고, 모판을 반복 사용할 수 있어, 제조 공정상 효율 상승을 도모하고자 한다.
Furthermore, the present invention is to provide a base plate and a method for producing the base plate used in the production of the metal support by electroforming. By using a durable base plate to produce a porous metal support by electroforming, it is possible to prevent the blockage of the hole, the base plate can be used repeatedly, to increase the efficiency in the manufacturing process.

본 발명은 전기주조의 전해석출반응을 이용하여 금속 호일을 제조하는데 사용되는 전기주조용 전도성 모판에 관한 것으로서, 상기 모판은 가요성 금속으로서, 30-500㎛의 두께를 가지고, 평탄면에 복수의 돌기를 포함하며, 상기 돌기는 모판 면적의 10 내지 90% 범위로 존재하는 전기주조용 모판을 제공한다.The present invention relates to an electroforming conductive base plate used to produce a metal foil by using electrolytic precipitation of electroforming, wherein the base plate is a flexible metal having a thickness of 30-500 μm and having a plurality of flat surfaces. Including a protrusion, the protrusion provides an electroforming base plate present in the range of 10 to 90% of the bed area.

상기 돌기는 원형 기준으로 최대 직경이 1 내지 50㎛이고, 높이가 50-200㎛인 것이 바람직하며, 상기 돌기는 단면적이 일정한 원기둥, 단면적이 상향 축소되는 원기둥, 원뿔, 원호, 반원, ∩자형, 단면적이 일정한 다각기둥, 단면적이 상향 축소되는 다각기둥 또는 다각뿔의 형상을 갖거나 또는 이들 형상의 조합일 수 있다. 나아가, 상기 돌기는 높이 방향으로 단차를 갖는 것일 수 있다.It is preferable that the protrusions have a maximum diameter of 1 to 50 탆 and a height of 50 to 200 탆 on a circular basis, and the protrusions may include a cylinder having a constant cross-sectional area, a cylinder having an upwardly reduced sectional area, a circular cone, A polygonal column having a constant cross-sectional area, a polygonal column or polygonal pyramid having a cross-sectional area reduced upward, or a combination of these shapes. Furthermore, the protrusion may have a step in the height direction.

상기 모판은 돌기의 상단부가 개방되어 있을 수 있다.The mother plate may have an upper end of the protrusion open.

또한, 상기 모판은 표면에 산화피막이 형성될 수 있으며, 상기 산화피막은 TiO2 피막일 수 있다.In addition, an oxide film may be formed on a surface of the mother plate, and the oxide film may be a TiO 2 film.

나아가, 상기 평탄면은 1-100nm의 표면거칠기를 갖는 것일 수 있다.
Furthermore, the flat surface may have a surface roughness of 1-100 nm.

한편, 본 발명은 전기주조의 전해석출반응을 이용하여 금속 호일의 제조에 사용되는 전기주조용 모판 제조방법에 관한 것으로서, 적어도 전원, 캐소드 전극, 애노드 전극으로 제공되며, 전해액으로부터 금속이 전착되는 1차 모판, 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극에 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급수단을 포함하는 전기주조장치를 사용하며, 적어도 상기 1차 모판에 금속이온을 포함하는 전해액을 공급하는 단계; 상기 1차 모판과 캐소드 전극에 전류가 인가되고 상기 전해액으로부터 금속이 전해 석출되어 상기 1차 모판 표면에 전착되는 단계; 및 상기 1차 모판 표면에 전착된 금속 전착층을 상기 1차 모판으로부터 분리하는 단계를 포함하며, 상기 1차 모판은 평탄면에 복수의 돌기를 포함하며, 상기 돌기는 1차 모판 면적의 10 내지 90% 범위로 존재하며, 표면에 산화피막을 포함할 수 있다.On the other hand, the present invention relates to a method for producing a base plate for electroforming used for the production of metal foil using the electrolytic precipitation reaction of electroforming, provided at least as a power source, a cathode electrode, an anode electrode, the metal is electrodeposited from the electrolyte solution Using an electroforming device comprising a primary mother plate, and electrolyte supply means for supplying the electrolyte solution to the cathode electrode and the anode electrode, and supplying an electrolyte solution containing metal ions to at least the primary mother plate; A current is applied to the primary mother plate and the cathode electrode, and a metal is electrolytically precipitated from the electrolyte to be electrodeposited on the surface of the primary mother plate; And separating the metal electrodeposition layer electrodeposited on the surface of the primary mother plate from the primary mother plate, wherein the primary mother plate includes a plurality of protrusions on a flat surface, and the protrusions include 10 to 10 times of the primary mother plate area. It exists in the 90% range, and may include an oxide film on the surface.

상기 1차 모판은 Si 웨이퍼 표면을 리소그라피 공정과 이온 실리콘 식각 공정에 의해 식각하여 평탄면에 돌기를 형성하고, Si 웨이퍼의 평탄면상에 금속의 전착을 위한 전도성 금속 시드층을 형성함으로써 얻어질 수 있다.The primary mother plate may be obtained by etching the surface of the Si wafer by a lithography process and an ion silicon etching process to form protrusions on the flat surface, and forming a conductive metal seed layer for electrodeposition of metal on the flat surface of the Si wafer. .

또한, 상기 전도성 금속 시드층은 Ti층일 수 있으며, 상기 Ti층은 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.In addition, the conductive metal seed layer may be a Ti layer, the Ti layer may be formed by sputtering.

나아가, 상기 Ti층을 열처리하여 TiO2 피막이 형성될 수 있다.Further, the Ti layer may be heat treated to form a TiO 2 film.

이때, 상기 전기주조장치는 드럼형 전기주조장치일 수 있다.In this case, the electric casting device may be a drum type electric casting device.

또한, 상기 돌기는 원형 기준으로 최대 직경이 1 내지 50㎛이고, 높이가 50-200㎛일 수 있다.In addition, the protrusions may have a maximum diameter of 1 to 50 μm and a height of 50 to 200 μm on a circular basis.

나아가, 상기 Ti 시드층에 1 내지 100nm의 표면거칠기가 부여될 수 있다.
Furthermore, a surface roughness of 1 to 100 nm may be given to the Ti seed layer.

나아가, 본 발명은 금속지지체 제조방법에 관한 것으로서, 적어도 전원, 캐소드 전극, 애노드 전극으로 제공되며, 전해액으로부터 금속이 전착되는 상기 본 발명에 따라 제공된 모판, 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극에 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급수단을 포함하는 전기주조장치를 사용하여 고체산화물 연료전지용 금속지지체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 적어도 상기 모판에 금속이온을 포함하는 전해액을 공급하는 단계; 상기 모판과 캐소드 전극에 전류를 인가하여 상기 전해액으로부터 금속이 전해 석출되어 상기 모판 표면에 전착되는 단계; 상기 모판 표면에 전착된 금속 전착층을 상기 모판으로부터 분리하는 단계를 포함한다.Furthermore, the present invention relates to a method of manufacturing a metal support, provided at least as a power source, a cathode electrode, an anode electrode, the mother plate provided in accordance with the present invention, the metal is electrodeposited from the electrolyte solution, and the electrolyte solution to the cathode electrode and the anode electrode A method of manufacturing a metal support for a solid oxide fuel cell using an electroforming device comprising an electrolytic solution supplying means, the method comprising the steps of: supplying an electrolyte containing metal ions to at least the mother plate; Applying a current to the base plate and the cathode electrode to deposit a metal on the surface of the base plate by electrolytic deposition of the metal from the electrolyte solution; Separating the metal electrodeposition layer deposited on the surface of the mother plate from the mother plate.

상기 전기주조장치는 드럼형 전주장치 또는 수평형 전주장치일 수 있으며, 상기 수평형 전주장치는 일정한 방향으로 수평으로 모판이 공급되고, 상기 모판은 전해액에 침지되며, 상기 모판과 애노드 전극에 인가된 전류에 의해 모판 표면에 금속 전착층이 형성되는 것일 수 있다.The electroforming device may be a drum type pole device or a horizontal pole device, wherein the horizontal pole device is supplied with a base plate horizontally in a predetermined direction, the base plate is immersed in an electrolyte, and applied to the base plate and the anode electrode. The metal electrodeposition layer may be formed on the surface of the mother plate by a current.

상기 전해액은 물 1L에 대하여 니켈 전구체 40-50g 및 철 전구체 6-12g을 포함할 수 있으며, 상기 철 전구체는 황산철, 염화철, 질산철 및 설파민산철로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종이며, 상기 니켈 전구체는 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈 및 설파민산니켈로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 일종일 수 있다. The electrolytic solution may include 40-50 g of a nickel precursor and 6-12 g of an iron precursor based on 1 L of water, and the iron precursor is at least one selected from the group consisting of iron sulfate, iron chloride, iron nitrate and iron sulfamide, The nickel precursor may be at least one member selected from the group consisting of nickel sulfate, nickel chloride, nickel nitrate and nickel sulfamide.

상기 금속지지체는 Ni 함량이 40-100중량%인 Ni 또는 Fe-Ni 합금이 바람직하며, Ni 함량이 45-90중량%인 Fe-Ni 합금인 것이 보다 바람직하다. The metal support is preferably a Ni or Fe-Ni alloy having a Ni content of 40-100% by weight, more preferably a Fe-Ni alloy having a Ni content of 45-90% by weight.

또한 상기 금속지지체는 두께가 30-200㎛인 것이 바람직하며, 50-100㎛인 것이 보다 바람직하다.Further, the metal support preferably has a thickness of 30-200 탆, more preferably 50-100 탆.

또한 상기 금속지지체는 개구율이 면적 대비 20-70%인 것이 바람직하다.
In addition, the metal support preferably has an opening ratio of 20-70% of the area.

표면에 소정 패턴으로 돌기가 형성된 모판을 사용하여 전기주조에 의해 금속 호일을 제조함으로써, 전기주조 공정 중 모판상에 이미 형성되어 있는 돌기에 의해 금속 호일에 형성된 내부의 홀 패턴의 막힘 현상을 방지할 수 있어, 금속지지체에서 요구되는 기공 조건을 만족하는 금속호일을 안정적으로 제조할 수 있다.
A metal foil is manufactured by electroforming using a base plate having protrusions formed in a predetermined pattern on the surface thereof to prevent clogging of the inner hole patterns formed in the metal foil by protrusions already formed on the base plate during the electroforming process The metal foil satisfying the pore conditions required for the metal support can be stably produced.

나아가, 본 발명의 다른 측면은 전기주조방법을 이용하여 1차 모기판 상에서 제조된 전주재를 2차 모기판으로 활용함으로써 돌기를 갖는 캐소드 전극 모판을 간단히 제조할 수 있다.
Furthermore, another aspect of the present invention can simply manufacture a cathode electrode mother plate having protrusions by utilizing the electroforming material prepared on the primary mother substrate as a secondary mother substrate using the electroforming method.

이와 같은 전기주조에 의해 얻어진 금속호일을 전기주조의 모판으로 사용함으로써 가요성 금속 박형의 모판을 얻을 수 있으며, 따라서 롤 형태로 유지 관리가 용이하며, 전기주조를 할 경우 금속지지체의 홀 막힘 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 금속지지체를 대량 생산할 수 있다.
By using the metal foil obtained by the electroforming as the base plate of the electroforming, a flexible metal thin plate can be obtained. Therefore, it is easy to maintain and maintain the shape of the roll. Not only can it be prevented, it can also mass-produce metal supports.

또한 본 발명에서 제안한 금속지지체는 소결 방법에 의해 제조된 금속지지체 대비 강도 및 충격특성이 우수할 뿐만 이로 인해 금속지지체 두께를 줄일 수 있기 때문에 스택 구성시에 보다 낮은 외부 압력이 요구되어 장기 동작안정성이 우수하다.
In addition, since the metal support proposed in the present invention is excellent in strength and impact characteristics compared to the metal support manufactured by the sintering method, the thickness of the metal support can be reduced. Therefore, a lower external pressure is required in the stack construction, great.

본 발명에 의해 돌기를 가지는 캐소드 전극 모판을 활용하여 전기주조에 의해 제조된 금속지지체는 홀 막힘 현상을 방지할 수 있으며, 또한, 금속 호일의 기공을 보다 미세하게 제어할 수 있어, 연료전지의 양극 전체에 균일한 연료를 공급할 수 있기 때문에 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, a metal support manufactured by electroforming using a cathode electrode mother plate having protrusions can prevent hole clogging and can finely control the pores of the metal foil, and thus, the anode of the fuel cell. Since a uniform fuel can be supplied to the whole, power generation efficiency can be further improved.

도 1은 전기주조의 기본 구동개념을 보여줄 수 있는 전기주조장치의 기본적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 드럼형 전기주조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 수평형 전기주조장치의 일예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 음각부를 갖는 1차 모판의 일예에 대한 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 모판을 사용하여 전기주조함으로써 제조한 Fe-Ni 금속호일의 미세조직을 촬영한 사진이다.
1 is a view schematically showing a basic configuration of an electroforming apparatus capable of showing the basic driving concept of electroforming.
2 is a schematic view of a drum type electroforming apparatus.
3 is a view schematically showing an example of a horizontal electroforming apparatus.
4 is a view schematically showing a cross section of an example of a primary mother plate having an intaglio portion according to the present invention.
Figure 5 is a photograph of the microstructure of the Fe-Ni metal foil prepared by electroforming using the mother plate of the present invention.

본 발명은 연료전지, 특히 고체산화물 연료전지(SOFC, solid oxide fuel cell)용 Fe-Ni 합금 금속지지체 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell, particularly a Fe-Ni alloy metal support for a solid oxide fuel cell (SOFC).

본 발명자들은 고체산화물 연료전지의 장기 동작 안정성을 확보하는 방안으로 금속지지체를 개발함에 있어서 연료가 이동하는 기공의 크기 및 형상 제어를 통한 발전효율 향상 방안에 대해 연구하던 중, 전기주조법을 이용하여 제조하게 되면 기존 금속지지체의 장점은 수용하면서도 단점은 보완될 수 있다는 것을 인지하여 본 발명을 완성한 것으로서, 본 발명에 따른 금속지지체 제조방법은 Si 웨이퍼의 식각에 의해 형성된 돌기를 갖는 기판을 모기판으로 사용하여 전기주조 방법에 의해 돌기를 갖는 금속호일을 제조하고, 이를 다시 2차 모기판으로 활용하여 기공을 갖는 금속 호일을 제조함으로써 금속지지체를 얻을 수 있다.
The inventors of the present invention, while developing a metal support as a way to secure the long-term operation stability of the solid oxide fuel cell, while researching how to improve the power generation efficiency by controlling the size and shape of the pores through which the fuel is moved, manufactured using the electroforming method The present invention was completed by recognizing that the advantages of the existing metal support can be accommodated while the disadvantages of the metal support can be compensated for. By using the electroforming method to produce a metal foil having a projection, by using this as a secondary mother substrate to produce a metal foil having pores can be obtained a metal support.

이하, 본 발명의 고체산화물 연료전지용 금속지지체의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for producing a metal support for a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described in detail.

상기 금속지지체는 전기주조법을 통해서 생산하는 것이 바람직하다. 상기 전기주조법은 전해조, 애노드 전극, 캐소드 전극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용하여 기판을 제조하는 방법이며, 상기 전기주조장치의 일례를 도 1에 나타내었다.
The metal support is preferably produced by an electroforming method. The electroforming method is a method of manufacturing a substrate using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, an anode electrode, a cathode electrode, and a power source, and an example of the electroforming apparatus is shown in FIG.

상기 전기주조법을 이용하여 금속지지체를 제조하는 경우, 박형으로 우수한 유연성을 확보하여, 권취 및 전개가 용이하고, 따라서 가공성 및 작업성이 뛰어난 금속 지지체를 얻을 수 있다. 이로 인해, 집전을 위하여 단위 셀 내부에 보다 낮은 외부 압력이 요구되며, 또 보다 얇고 가벼운 스택 구성이 가능하다. 나아가, 금속 기판 고유의 특성인 일정 수준 이상의 강도와 경도 등의 기계적 특성뿐만 아니라 기공의 크기 및 분포를 균일하게 제어를 통하여 연료전지의 작동 시 양극에 연료를 효율적으로 공급할 수 있기 때문에 제품의 장기 안정성을 확보할 수 있다.
When a metal support is produced using the above electroforming method, it is possible to obtain a thin metal support having excellent flexibility, easy winding and development, and excellent workability and workability. As a result, a lower external pressure is required inside the unit cell for current collection, and a thinner and lighter stack configuration is possible. Further, since the fuel can be efficiently supplied to the anode during the operation of the fuel cell by uniformly controlling the size and distribution of the pores as well as mechanical characteristics such as strength and hardness, which are characteristics inherent to the metal substrate, .

이하, 본 발명에서 적용할 수 있는 전기주조장치에 대하여 먼저 설명한다.
Hereinafter, an electroforming apparatus applicable to the present invention will be described first.

본 발명에서 전기주조를 위한 장치로는 특별히 한정하지 않으나, 전해액으로부터의 금속을 전해석출하여 모판 표면에 전착시킬 수 있는 것이라면 적절하게 사용할 수 있다. 본 발명에서 적용할 수 있는 전기주조장치의 기본 개념에 대하여는 도 1에 나타낸 바와 같다.
The apparatus for electroforming in the present invention is not particularly limited, but may be suitably used as long as the metal from the electrolytic solution can be electrolytically deposited and electrodeposited on the surface of the base plate. The basic concept of the electroforming apparatus applicable to the present invention is as shown in Fig.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 전기주조장치(100)는 전해조(102)의 내부에 캐소드 전극(104) 및 애노드 전극(106)이 구비되고, 상기 캐소드 전극(104)과 애노드 전극(106)은 소정의 간격을 유지하도록 위치된다. 상기 캐소드 전극(104)과 애노드 전극(106)은 전원(108)과 전기적으로 연결되게 되어 전류가 흐르게 된다. 상기 전해조(102) 내에 전해액(110)이 주입되고, 상기 전해액(110)에 침지된 캐소드 전극(104)과 애노드 전극(106)에 전류가 인가되면 캐소드 전극(104) 표면 일부에 금속박(10)이 형성되게 되고, 상기 금속 호일(112)을 상기 캐소드 전극(104)으로부터 분리시킴으로써, 금속지지체로 사용할 수 있게 된다.
1, the electroforming apparatus 100 is provided with a cathode electrode 104 and an anode electrode 106 inside the electrolytic bath 102 and the cathode electrode 104 and the anode electrode 106, Are positioned to maintain a predetermined gap. The cathode electrode 104 and the anode electrode 106 are electrically connected to the power source 108 so that current flows. When a current is applied to the cathode electrode 104 and the anode electrode 106 immersed in the electrolytic solution 110 and the metal foil 10 is applied to a part of the surface of the cathode electrode 104, And separating the metal foil 112 from the cathode electrode 104, the metal foil 112 can be used as a metal support.

이와 같은 전기주조장치의 대표적인 예로서, 도 2에 나타낸 바와 같은 드럼형 전기주조장치(200)를 들 수 있다. 도 2의 드럼형 전기주조장치(200)에서 전착에 의한 금속 호일(212)을 제조하는 방법은 캐소드 전극(204의 모판으로서 드럼(204)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 도 1을 들어 설명한 바와 같으며, 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 상기 도 1에 대한 설명으로부터, 또는 공지되어 있는 기술로부터 용이하게 이해할 수 있는 것이므로, 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.
A typical example of such an electroforming apparatus is a drum electroforming apparatus 200 as shown in Fig. The method of manufacturing the metal foil 212 by electrodeposition in the drum type electroforming apparatus 200 of FIG. 2 is as described above with reference to FIG. 1 except that the drum 204 is used as a base plate of the cathode electrode 204. The skilled person in the art to which the present invention pertains can easily understand from the description of FIG. 1 or from known techniques, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

상기 드럼형 전기주조장치(200)에 의해 캐소드 전극 드럼(204) 표면에 전해액으로부터 금속이 전착되어 형성된 금속 호일(212)을 분리함으로써 금속지지체를 얻을 수 있다. 이러한 금속 지지체는 필요에 따라 권취할 수 있으며, 이에 의해 금속지지체의 보관이 용이하다.
A metal support can be obtained by separating the metal foil 212 formed by electrodeposition of metal from the electrolytic solution on the surface of the cathode electrode drum 204 by the drum type electroforming apparatus 200. Such a metal support can be wound as needed, thereby facilitating the storage of the metal support.

한편, 본 발명의 금속 지지체를 제조함에 있어서는 도 3에 나타낸 바와 같은 수평형 전기주조장치(300)를 사용할 수 있다.
On the other hand, in manufacturing the metal support of the present invention it is possible to use a horizontal type electroforming apparatus 300 as shown in FIG.

도 3은 수평형 전기주조 장치(300)의 일 예로서, 본 발명의 일 구현에 의한 전기주조법에 의한 금속지지체의 제조에 사용되는 수평형 전기주조장치(300)는 도 3으로 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 적절하게 구성 요소를 제거하거나 다른 구성요소를 추가할 수 있다.
3 is an example of the horizontal electroforming apparatus 300, the horizontal electroforming apparatus 300 used in the manufacture of the metal support by the electroforming method according to an embodiment of the present invention is not limited to FIG. If necessary, you can remove components or add other components as appropriate.

상기 수평형 전기주조 장치(300)는 모판 공급장치(10), 수평 셀(30), 전해액 공급장치 및 금속 호일 분리장치(51)를 포함한다.
The horizontal electroforming apparatus 300 includes a mother plate supply device 10, a horizontal cell 30, an electrolyte supply device and a metal foil separating device 51.

본 발명에 있어서, 상기 '전기주조 셀'이라 함은 캐소드로 제공되는 모판(11)과 애노드 전극(32)에 의해 형성된 유로에 의해 전해액이 유동하며, 상기 전해액 중의 금속 이온이 상기 모판 표면에서 전해 석출반응에 의해 전착되어 전착층을 형성하는 반응이 일어나는 단위 전지로 정의할 수 있다. 그리고, '일정한 방향'이란 모판(11)이 전기주조 셀 내로 공급된 후, 적어도 상기 전기주조 셀을 빠져나올 때까지 모판(11)의 진행방향이 달라지지 않고 일 방향으로 진행함을 의미한다. 이와 같은 모판(11)의 진행 방향을 본 명세서에서는 경우에 따라서는 '수평방향' 또는 단순히 '수평'이라고 표현되기도 하며, 나아가, 모판(11)이 전기주조 셀을 수평방향으로 진행하여 전해액 내의 금속 이온(철 이온 및 니켈 이온)이 모판(11)에 전해 석출되는 것을 나타내기 위해 상기 전기주조 셀을 '수평 셀(30)'이라고도 한다.
In the present invention, the 'electroforming cell' refers to an electrolyte flowing through a flow path formed by the base plate 11 and the anode electrode 32 provided as a cathode, and metal ions in the electrolyte are electrolyzed on the surface of the base plate. It can be defined as a unit cell in which a reaction in which an electrodeposition is formed by a precipitation reaction to form an electrodeposition layer occurs. In addition, after the base plate 11 is supplied into the electroforming cell, the constant direction means that the moving direction of the base plate 11 does not change until it exits the electroforming cell. In this specification, the moving direction of the base plate 11 may be referred to as a 'horizontal direction' or simply 'horizontal' in some cases. Furthermore, the base plate 11 advances the electroforming cell in a horizontal direction, and thus the metal in the electrolyte solution. In order to indicate that ions (iron ions and nickel ions) are electrolytically deposited on the base plate 11, the electroforming cell is also referred to as a 'horizontal cell 30'.

모판(11)의 연속적 공급을 위해 상기 모판(11)은 이로서 한정하는 것은 아니지만, 코일 형태로 권취되어 있는 모판을 수평 셀(30) 내로 공급할 수 있으며, 나아가, 이러한 모판(11)이 모두 공급된 경우에는 다른 코일 형태로 권취되어 있는 모판(11)을 앞서 공급된 모판(11)에 이어서 연속적으로 공급할 수 있다. 이때, 필요에 따라서는 앞선 모판의 후단과 뒤따르는 모판의 선단을 용접 등과 같은 소정의 접합방법으로 접합하여 연속적으로 공급할 수 있다. 나아가, 용이하게 접합하기 위해 접합되는 각각의 말단을 적당한 형상으로 가공할 수도 있다.
For the continuous supply of the base plate 11, the base plate 11 is not limited thereto, but the base plate wound in the form of a coil can be supplied into the horizontal cell 30, and furthermore, all of these base plates 11 are supplied. In this case, the mother plate 11 wound in the form of another coil can be continuously supplied following the mother plate 11 supplied previously. At this time, if necessary, the rear end of the preceding base plate and the leading end of the following base plate can be joined by a predetermined bonding method such as welding and continuously supplied. Furthermore, in order to easily join, each terminal joined can also be processed to a suitable shape.

상기 모판(11)은 모판(11)의 폭 방향 에지부와 접촉하여 모판(11)을 수평 셀(30) 내로 이송시키는 한 쌍의 컨덕트 롤(31, 31')에 의해 수평 셀(30) 내로 수평방향으로 공급될 수 있다. 이때, 상기 수평 셀(30) 내로 공급되는 모판(11)의 어느 한 면에 전해액을 공급하여 일면 전기주조를 행할 수 있음은 물론, 양면 모두에 전해액을 공급하여 양면에 금속이온을 전해 석출시킴으로써 전착 속도를 증대시킬 수 있다.
The base plate 11 is contacted with the widthwise edge portion of the base plate 11 so that the horizontal cell 30 is formed by a pair of conductor rolls 31 and 31 ′ which transfer the base plate 11 into the horizontal cell 30. Can be fed in a horizontal direction. At this time, the electrolytic solution may be supplied to one side of the mother plate 11 supplied into the horizontal cell 30 to perform electroforming on one side, and the electrolytic solution may be supplied to both sides to electrolytically deposit metal ions on both sides. You can increase the speed.

상기와 같이 수평 셀(30) 내로 모판(11)이 공급되면, 모판(11)의 일면 또는 양면에 전해액 공급 노즐을 통해 전해액을 공급하고, 모판(11)과 애노드 전극(32)에 의해 형성된 수평 유로를 통해 전해액이 이동하면서 인가된 전류에 의해 애노드 전극의 역할을 하는 모판(11)과 애노드 전극(32) 간의 작용으로 인해 금속이 전해 석출되어 모판(11)의 표면에 전착층을 형성한다.
When the mother plate 11 is supplied into the horizontal cell 30 as described above, the electrolyte is supplied to the one or both sides of the mother plate 11 through the electrolyte supply nozzle, and the horizontal formed by the mother plate 11 and the anode electrode 32. As the electrolyte moves through the flow path, metal is electrolytically precipitated due to the action between the base plate 11 serving as the anode electrode and the anode electrode 32 by the applied current to form an electrodeposition layer on the surface of the base plate 11.

상기 모판 공급장치(10)는 모판(11)을 공급하는 모판 권취장치(72)를 포함할 수 있다. 모판(11)의 연속적인 공급을 위해 상기 모판 권취장치(72)는 복수 개 설치될 수 있으며, 하나의 모판 권취장치(72)에서 모판(11)이 소진되는 경우에 다른 모판 권취장치(72)에서 새로운 모판(11)을 공급할 수 있다. 이러한 모판(11)의 연속적인 공급을 위해, 미리 제공된 모판(11)의 말단과 다음에 제공될 모판(11)의 선단을 접합하기 위한 접합장치(12)을 필요에 따라 추가적으로 포함할 수 있다.
The mother plate feeding device 10 may include a mother plate winding device 72 for supplying the mother plate 11. In order to continuously supply the base plate 11, a plurality of the platen winding devices 72 may be installed, and in the case where the platen 11 is exhausted in one platen winding device 72, the other platen winding device 72 may be used. In the new bed plate 11 can be supplied. For the continuous supply of such base plate 11, a bonding apparatus 12 for joining the end of the base plate 11 provided in advance and the tip of the base plate 11 to be provided next may be additionally included as necessary.

한편, 모판(11)에 전착되는 전착층은 모판(11)의 표면거칠기를 전사하므로, 모판(11)의 표면거칠기가 얻어지는 금속 호일(50)에도 거의 동일하게 표현된다. 따라서, 모판(11)의 표면거칠기를 조절하기 위해 필요에 따라 연마수단(13)을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 연마수단(13)은 특별히 한정하지 않는 것으로서, 폴리싱과 같은 기계적 연마, 에칭과 같은 화학적 연마, 반도체 공정에서 주로 사용되는 CMP 방법과 같은 화학기계적 연마를 들 수 있다. 상기 화학적 연마, 기계적 연마 및 화학기계적 연마수단은 어느 하나를 단독으로 사용하여도 좋고, 이들을 조합하여 사용하여도 좋다. 이러한 연마수단에 의해 모판(11)의 표면은 필요에 따라 임의로 고르고 편편하게 혹은 원하는 표면거칠기로 조절될 수 있다.
On the other hand, the electrodeposition layer electrodeposited on the base plate 11 transfers the surface roughness of the base plate 11, so that the surface roughness of the base plate 11 is expressed almost the same in the metal foil 50 obtained. Therefore, the grinding means 13 may be further included as necessary to control the surface roughness of the mother plate (11). Such polishing means 13 is not particularly limited, and may include mechanical polishing such as polishing, chemical polishing such as etching, and chemical mechanical polishing such as a CMP method mainly used in semiconductor processes. The chemical polishing, mechanical polishing and chemical mechanical polishing means may be used alone or in combination thereof. By this polishing means, the surface of the base plate 11 can be arbitrarily evenly and conveniently adjusted to the desired surface roughness as necessary.

모판(11)의 표면에는 불순물이 존재할 수 있으므로, 이를 제거하기 위해 필요에 따라 추가로 세척이 필요할 수 있으며, 따라서, 전 세척장치(14)를 필요에 따라 추가적으로 포함할 수 있다. 이와 같은 모판(11) 표면의 세척은 희석한 염산 또는 황산과 같은 산성용액 또는 물을 사용할 수 있다. 나아가, 세척 후, 모판(11)의 건조를 위한 건조장치(미도시)를 필요에 따라 추가로 포함할 수 있다. 건조는 공기를 고압으로 가하거나 또는 고온의 가스를 가함으로써 수행할 수 있으며, 또는 모판을 가열하여 행할 수도 있다.
Since impurities may be present on the surface of the mother plate 11, additional washing may be necessary as necessary to remove them, and thus, the pre-cleaning device 14 may be additionally included as necessary. The cleaning of the surface of the base plate 11 may use an acid solution such as diluted hydrochloric acid or sulfuric acid or water. Furthermore, after washing, a drying apparatus (not shown) for drying the mother plate 11 may be further included as necessary. Drying can be performed by adding air at high pressure, or adding a hot gas, or it can also be performed by heating a base plate.

상기 수평 셀(30)은, 모판(11)의 이송과 캐소드 전원의 연결 기능을 하는 한 쌍의 컨덕트 롤(conduct roll)(31, 31'), 상기 모판(11)과 일정한 간격으로 이격되고, 모판(11)의 일면에 배치되는 애노드 전극(32), 상기 컨덕트 롤(31, 31')과 애노드 전극(32)에 각각 (-) 전하 및 (+) 전하를 띄는 전류를 공급하는 전원(33), 및 전해액을 저장 및 수용하는 전해액 저장조(34)와 전해액을 모판(11) 표면에 공급하는 전해액 공급노즐(38)을 포함하는 전해액 공급장치를 포함한다.
The horizontal cell 30 is spaced apart from the pair of conductor rolls 31 and 31 ′, which serve to transfer the base plate 11 and connect the cathode power source, to the base plate 11 at regular intervals. And a power supply for supplying a current having a negative charge and a positive charge to the anode electrode 32, the conductor rolls 31 and 31 ′, and the anode electrode 32 disposed on one surface of the mother plate 11, respectively. An electrolyte solution supply device including an electrolyte solution tank 34 for storing and containing an electrolyte solution, and an electrolyte solution supply nozzle 38 for supplying an electrolyte solution to the surface of the base plate 11.

상기 컨덕트 롤(31, 31')은 모판(11)을 수평 셀(30) 내로 이송시키고, 또 수평 셀(30)로부터 배출시키는 이송수단으로서 기능을 하면서, 모판(11)과 전원(33)의 캐소드 전원을 연결하여 애노드 전극(32)과 모판(11)의 전해반응에 의해 철 및 니켈 이온이 모판(11)에 석출되도록 하는 전해 석출반응을 수행한다. 이러한 컨덕트 롤(31, 31')은 모판(11)의 폭 방향의 양 가장자리와 접촉하여 모판(11)을 수평 셀(30) 내로 이송시키며, 또 수평 셀(30)로부터 배출시킨다.
The conductor rolls 31 and 31 ′ serve as transfer means for transferring the base plate 11 into the horizontal cell 30 and discharging it from the horizontal cell 30, while the base plate 11 and the power source 33 are provided. By connecting the cathode power of the electrolytic precipitation reaction to the iron and nickel ions to be deposited on the base plate 11 by the electrolytic reaction of the anode electrode 32 and the base plate 11 is performed. These conductor rolls 31 and 31 'contact the both edges in the width direction of the base plate 11 to transfer the base plate 11 into the horizontal cell 30 and discharge it from the horizontal cell 30.

상기 모판(11)은 가요성인 전도성 모판을 사용할 수 있는데, 이 경우, 수평 셀(30)을 통과할 때 자중에 의해 쳐짐 현상이 발생할 수 있는데, 이 경우 모판(31)과 애노드 전극(32)과의 간격이 변화하여 전류밀도 차이를 유발할 수 있는바, 균일한 두께의 금속 호일이 얻어지지 않을 수 있다. 따라서, 모판(11)의 쳐짐을 방지하기 위해서 입구측 컨덕트 롤(31)과 출구측 컨덕트 롤(31')의 회전속도를 달리하여, 즉, 출구측 컨덕트 롤(31')의 회전속도를 입구측 컨덕트 롤(31)의 회전속도보다 빠르게 하여 모판(11)의 자중에 의한 쳐짐 현상을 방지할 수 있다.
The base plate 11 may use a flexible conductive base plate, in which case, when passing through the horizontal cell 30, a drooping phenomenon may occur due to its own weight. In this case, the base plate 31 and the anode electrode 32 and Since the spacing may change, causing a difference in current density, a metal foil of uniform thickness may not be obtained. Therefore, in order to prevent stiction of the base plate 11, the rotational speeds of the inlet side conveying roll 31 and the outlet side conveying roll 31 'are different from each other, that is, rotation of the outlet side conveying roll 31' The speed of the inlet side conduit roll 31 can be made faster than the rotational speed of the inlet side conduit roll 31, thereby preventing the buckling due to the self weight of the base plate 11. [

한편, 상기 컨덕트 롤(31, 31')은 전원(33)로부터 공급된 전류를 모판(11)에 전달하여, 모판(11)이 캐소드 전극으로 기능할 수 있도록 함으로써 애노드 전극(32)과의 작용에 의해 전해 석출반응이 일어나도록 할 수 있다.
On the other hand, the conductor rolls 31 and 31 'transfer the current supplied from the power supply 33 to the base plate 11 so that the base plate 11 can function as a cathode electrode and thus with the anode electrode 32. The electrolytic precipitation reaction can be caused by the action.

상기 애노드 전극(32)은 모판(11)에 철 및 니켈의 전해 석출 반응이 일어나도록 하기 위해 모판(11)의 일면에 모판(11)과 일정한 간격으로 이격되어 설치될 수 있다.
The anode electrode 32 may be spaced apart from the base plate 11 at regular intervals on one surface of the base plate 11 so that an electrolytic precipitation reaction of iron and nickel occurs on the base plate 11.

상기 애노드 전극(32)과 모판(11)이 이격됨으로써 그 사이로 전해액이 공급되어 유통되는 유로가 제공되며, 상기한 바와 같이 캐소드 전극인 모판(11)과 애노드 전극(32)의 작용에 의해 전해액 내의 금속 이온을 모판에 전해 석출시키는 전해반응이 일어날 수 있다. 한편, 전해액을 고속으로 공급하여, 모판(11) 표면에 대한 철 및 니켈 이온의 전착속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 전해액의 유로가 평면으로 형성됨으로써 전해액의 공급에 대한 유동장의 속도 저하를 방지할 수 있다.
The anode electrode 32 and the mother plate 11 are spaced apart to provide a flow path through which the electrolyte is supplied and distributed therebetween, and as described above, the cathode plate 32 and the anode electrode 32 act as a cathode electrode. An electrolytic reaction may occur that electrolytically deposits metal ions on the mother plate. On the other hand, by supplying the electrolyte at a high speed, it is possible to increase the electrodeposition rate of iron and nickel ions to the surface of the base plate (11). In addition, since the flow path of the electrolyte is formed flat, it is possible to prevent a drop in the speed of the flow field with respect to the supply of the electrolyte.

상기 전해액은 모판(11)과 애노드 전극(32)에 의해 수평으로 형성된 전해액 유로를 통해 전해액을 최대 5,000의 레이놀즈 수(Re)로 공급할 수 있으며, 모판(11)의 진행 속도에 따라 상대속도를 적절하게 증가 또는 감소시킬 수 있다. 또한, 전착 반응의 상태에 따라 전해액을 층류(물줄기가 흔들림이 없이 일직선으로 공급되는 유체의 유동으로, 직진성을 가짐)의 유동속도로 공급할 수도 있으며, 안정적인 전착반응이 형성된 후에는 고속의 난류(물줄기가 좌우로 흔들리면서 공급되는 유체의 유동) 유동속도로 공급할 수 있다.
The electrolyte may supply the electrolyte at a Reynolds number (Re) of up to 5,000 through an electrolyte flow path formed horizontally by the base plate 11 and the anode electrode 32, and the relative speed may be appropriately adjusted according to the traveling speed of the base plate 11. Can be increased or decreased. In addition, depending on the state of the electrodeposition reaction, the electrolyte may be supplied at a flow rate of laminar flow (the flow of fluid supplied in a straight line without shaking the water, having straightness), and a high speed turbulence (water stem) after a stable electrodeposition reaction is formed. Can be supplied at a flow rate).

초기 전착시 전해액의 유동장 속도를 크게 하면 전착층의 박리가 발생하여 전착이 실패할 수 있으며, 전착층이 수 마이크로 수준으로 성장하게 되면 전착층에 발생한 응력으로 밀착성이 향상되어 고속의 유동장을 사용할 수 있는 것이다. 한편, 고속의 유동장을 사용할 때 제한되는 유체 공급속도 영역은 전착층과 모판(11) 사이의 표면 장력을 넘어선 유동속도 이하로 공급하는 것이 바람직하며, 전착층과 모판(11) 사이의 표면 장력을 넘어선 유동속도로 전해액을 공급하면 전해액의 공급으로 인한 유동장과 전착층 사이의 전단응력이 전착층과 모판(11) 사이의 표면장력을 초과하여 전착층의 박리가 발생할 수 있다.
If the flow rate of the electrolyte is increased during initial electrodeposition, the electrodeposition layer may come off and electrodeposition may fail.If the electrodeposition layer grows to several micro levels, the adhesion may be improved by the stress generated in the electrodeposition layer, thereby enabling the use of a high speed flow field. It is. On the other hand, the fluid supply speed region limited when using a high speed flow field is preferably supplied at a flow rate below the surface tension between the electrodeposition layer and the base plate 11, and the surface tension between the electrodeposition layer and the base plate 11 When the electrolyte is supplied at a flow rate exceeded, the shear stress between the flow field and the electrodeposition layer due to the supply of the electrolyte exceeds the surface tension between the electrodeposition layer and the mother plate 11, and thus the electrodeposition layer may be peeled off.

상기 전해액은 전해액을 수용하는 전해액 저장조(34)조로부터 전해액 노즐(38)을 통하여 모판(11)의 표면에 공급되는데, 이와 같은 전해액은 모판(11) 진행방향에 대하여 동일한 방향 및 반대 방향으로 공급될 수 있다. 이와 같이 함으로써 모판(11) 표면에 대한 금속 성분의 전착 속도를 더욱 높일 수 있다.
The electrolyte is supplied to the surface of the base plate 11 through the electrolyte nozzle 38 from the electrolyte storage tank 34 containing the electrolyte, which is supplied in the same direction and in the opposite direction to the traveling direction of the base plate 11. Can be. By doing in this way, the electrodeposition rate of the metal component with respect to the surface of the base plate 11 can be raised further.

한편, 필요에 따라 전착에 사용된 전해액은 다시 전해액 저장조(34)로 회수할 수 있다. 이때, 회수되는 전해액은 금속 이온이 전착에 소모됨으로 인해 전해액 저장조(34) 내의 금속 이온 농도가 전착을 위해 요구되는 농도보다 낮아질 것이므로, 적절하게 금속 이온을 보충하여 소정 농도로 조절할 수 있다.
On the other hand, the electrolyte used for electrodeposition can be recovered to the electrolyte storage tank 34 as needed. In this case, the recovered electrolyte solution may be lowered than the concentration required for electrodeposition because the metal ions are consumed in electrodeposition, so that the metal ions may be appropriately replenished to adjust the predetermined concentration.

상기 전원(33)는 컨덕트 롤(31, 31')과 애노드 전극(32)에 각각 (-) 전류와 (+) 전류를 공급하는 것으로서, 일반적으로 적용될 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 본 발명에서도 적용될 수 있는 것으로서, 여기서는 구체적인 설명은 생략한다.
The power source 33 supplies (-) current and (+) current to the conductive rolls 31 and 31 'and the anode electrode 32, respectively, and may be applied to the present invention without particular limitation as long as it can be generally applied. As can be, a detailed description thereof will be omitted.

상기 전해액 공급장치는 전해액을 저장 및 수용하는 전해액 저장조(34)와 전해액을 모판(11) 표면에 공급하는 전해액 공급노즐(38)을 포함하다. 전해액은 전해액 공급관을 통해 상기 전해액 저장조(34)로부터 전해액 공급노즐(38)로 이동된다. 상기 전해액 공급노즐(38)은 모판(11)의 일면에만 공급되도록 설치될 수 있으며, 모판(11)의 양면에 전해액을 공급할 수 있도록 양면에 설치될 수도 있다.
The electrolyte supply apparatus includes an electrolyte storage tank 34 for storing and containing an electrolyte solution and an electrolyte supply nozzle 38 for supplying an electrolyte solution to the surface of the base plate 11. The electrolyte is transferred from the electrolyte reservoir 34 to the electrolyte supply nozzle 38 through an electrolyte supply pipe. The electrolyte supply nozzle 38 may be installed to be supplied only to one surface of the mother plate 11, or may be installed on both sides of the electrolyte supply to both surfaces of the mother plate 11.

한편, 전해액 저장조(34)는 전해액의 가열을 위한 전해액 가열기(35), 전해액에 포함된 슬러지 등의 불순물을 제거하기 위한 전해액 여과기(36), 전해액을 수평 셀(30)에 공급하기 위한 전해액 펌프(37) 등을 필요에 따라 추가로 포함할 수 있다.
Meanwhile, the electrolyte storage tank 34 includes an electrolyte heater 35 for heating the electrolyte, an electrolyte filter 36 for removing impurities such as sludge contained in the electrolyte, and an electrolyte pump for supplying the electrolyte to the horizontal cell 30. (37) etc. can be further included as needed.

한편, 모판(11)의 중심부에 비하여 폭 방향의 양 가장자리에는 경우에 따라 석출되는 철 및 니켈의 전착량이 많아져서 금속 호일의 두께 편차가 발생하게 되고 전체적으로 균일한 두께의 금속 호일이 얻어지지 않을 수 있다. 또한, 이러한 경우에는, 모판(11)에서 분리된 금속 호일을 균일한 두께가 되도록 하기 위해 가장자리를 절단하는 후처리 공정이 필요할 수 있다. 따라서, 모판(11)의 가장자리 부분에서 금속의 석출을 방지하여 두께 편차를 방지하여 이와 같은 문제를 해소할 수 있으며, 이를 위해 모판(11)의 가장자리에 전해액이 공급되지 않도록 에지 마스크(edge mask)(미도시)를 구비할 수 있다. 이와 같은 에지 마스크를 구비함으로써 모판(11)의 가장자리에 두께 편차를 갖는 금속 전착층의 형성을 방지할 수 있다.
On the other hand, compared to the central portion of the base plate 11, the amount of deposition of iron and nickel is increased at both edges in the width direction in some cases, resulting in thickness variation of the metal foil, and a metal foil of uniform thickness may not be obtained as a whole. have. Also, in such a case, a post-treatment process may be necessary to cut the edges so that the metal foil separated from the base plate 11 has a uniform thickness. Accordingly, this problem can be solved by preventing the deposition of metal at the edge portion of the base plate 11 to prevent thickness variation. For this purpose, an edge mask is prevented so that an electrolyte solution is not supplied to the edge of the base plate 11. (Not shown) may be provided. By providing such an edge mask, formation of the metal electrodeposition layer which has the thickness difference in the edge of the base plate 11 can be prevented.

상기 전해액 공급 노즐(38)은 모판(11)과 애노드 전극(32)이 형성하는 수평 통로를 통하여 전해액을 고속으로 공급할 수 있다. 이때, 전해액은 전해액 공급 노즐(38)을 중심으로 모판(11)의 진행방향과 동일한 방향 및 반대방향으로 전해액이 공급되도록 설치될 수 있다. 이와 같이 함으로써 실질적으로 2회 전착시키는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 반대 방향으로 공급되는 전해액은 모판(11)과의 상대속도 차에 의해 전해액이 모판(11)과 접촉하는 시간이 짧은 상대적으로 적은 양이 전착되는 1차 전착의 효과를 얻을 수 있고, 동일한 방향으로 공급되는 전해액은 보다 긴 시간 동안 모판(11)과 접촉하여 1차 전착에 비하여 상대적으로 많은 양이 전착되는 2차 전착의 효과를 얻을 수 있다.
The electrolyte supply nozzle 38 may supply the electrolyte at a high speed through a horizontal passage formed by the mother plate 11 and the anode electrode 32. In this case, the electrolyte may be installed such that the electrolyte is supplied in the same direction and in the opposite direction to the traveling direction of the base plate 11 with respect to the electrolyte supply nozzle 38. By doing in this way, the effect of electrodeposition substantially can be acquired. That is, the electrolyte solution supplied in the opposite direction can obtain the effect of primary electrodeposition, in which a relatively small amount of short time for the electrolyte solution to contact the mother plate 11 is electrodeposited due to the difference in relative speed with the mother plate 11, and the same. The electrolytic solution supplied in the direction may contact the base plate 11 for a longer time, thereby obtaining the effect of secondary electrodeposition in which a relatively large amount of electrodeposits are electrodeposited compared to the primary electrodeposition.

상기와 같은 수평 셀(30)을 통한 전착과정은 연속적으로 복수 회 수행할 수 있다. 이와 같이 수평 셀(30)을 통한 전착과정을 복수 회 수행하는 경우, 각각의 수평 셀(30)에서 전착이 수행됨으로써 얻어지는 금속 전착층의 두께를 증가시킬 수 있어, 금속 전착층의 두께를 필요에 따라 제어할 수 있으며, 모판(11)을 보다 고속으로 공급하더라도 원하는 두께를 갖는 금속 전착층을 얻을 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 전착과정을 복수로 행하는 경우, 복수의 전착과정에서 공정조건 및 전해액의 조성을 같거나 혹은 다르게 할 수 있다. 전착과정의 반복 회수는 한정되는 것은 아니며, 원하는 전착 정도 등에 따라 적합하게 선택할 수 있다.
The electrodeposition process through the horizontal cell 30 as described above may be performed a plurality of times in succession. In this way, when the electrodeposition process through the horizontal cell 30 is performed a plurality of times, the thickness of the metal electrodeposition layer obtained by electrodeposition in each horizontal cell 30 can be increased, so that the thickness of the metal electrodeposition layer is required. According to the present invention, even when the mother plate 11 is supplied at a higher speed, a metal electrodeposition layer having a desired thickness can be obtained, thereby improving productivity. When a plurality of electrodeposition processes are performed, the process conditions and the composition of the electrolyte solution may be the same or different in the plurality of electrodeposition processes. The number of repetitions of the electrodeposition process is not limited, and may be appropriately selected depending on the desired degree of electrodeposition.

나아가, 상기와 같은 수평 셀(30)은, 모판(11) 진행방향으로 직렬로 복수 개 설치될 수 있다. 복수 개의 수평 셀(30)이 설치되더라도 모판(11) 진행방향으로 직렬로 배치됨으로써 이동 중에 모판(11)으로부터 전착층이 박리되는 문제가 발생하지 않는다. 복수 개의 수평 셀을 설치함으로써 하나의 셀을 통한 전착량을 적게 하면서 보다 고속으로 모판(11)을 진행시키더라도 모판(11) 상에 원하는 두께의 전착층을 형성할 수 있어, 금속 호일(50)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
Furthermore, a plurality of horizontal cells 30 as described above may be installed in series in the advancing direction of the base plate 11. Even if a plurality of horizontal cells 30 are installed, the electrodeposited layer is peeled from the mother plate 11 during movement by being disposed in series in the mother plate 11 traveling direction. By providing a plurality of horizontal cells, an electrodeposition layer having a desired thickness can be formed on the base plate 11 even though the base plate 11 is advanced at a higher speed while reducing the amount of electrodeposition through one cell. It can improve the productivity.

상기 금속 전착층을 모판(11)으로부터 분리함으로써 금속 호일(50)를 얻을 수 있다. 상기 전착층이 형성된 모판(11)은 출구측 컨덕트 롤(31')을 통해 배출되며, 배출된 후에는 금속 호일 분리장치(51)에 의해 모판(11)으로부터 금속 전착층을 분리하여 금속 호일(50)를 얻는다. 상기 금속 전착층은 표면에 산화 피막이 형성되어 있는 모판(11) 표면에 대하여 표면 장력에 의해 결합되어 있으므로 금속 전착층과 모판(11)의 전단력 차이에 의해 서로 분리할 수 있다. 따라서, 상기 금속 호일 분리장치(51)는 모판(11)으로부터 금속 전착층을 분리하기 위한 전단응력을 부여할 수 있는 것이 바람직하며, 예를 들어, 다수 개의 롤러를 설치할 수 있다. 또한 금속 전착층과 모판(11)의 이동속도 차이를 발생시켜 상부와 하부의 금속 전착층을 동시 또는 시간차를 주어 분리할 수도 있다.
The metal foil 50 can be obtained by separating the metal electrodeposition layer from the mother plate 11. The base plate 11 on which the electrodeposition layer is formed is discharged through the outlet-side conductor roll 31 ', and after discharge, the metal foil layer is separated from the base plate 11 by the metal foil separator 51. Get 50. Since the metal electrodeposition layer is bonded by surface tension with respect to the surface of the base plate 11 on which an oxide film is formed on the surface, the metal electrodeposition layer may be separated from each other by a difference in shear force between the metal electrodeposition layer and the base plate 11. Therefore, the metal foil separation device 51 is preferably capable of imparting a shear stress for separating the metal electrodeposition layer from the mother plate 11, for example, may be provided with a plurality of rollers. In addition, the difference in the moving speed of the metal electrodeposition layer and the mother plate 11 may be separated by the simultaneous or time difference between the upper and lower metal electrodeposition layer.

상기 모판(11) 및 상기 모판(11)으로부터 분리되어 얻어진 연료전지의 금속 지지체로서 사용되는 금속 호일(50)는, 각각 금속분리판 권취장치(55) 및 모판 권취장치(72)에 의해 권취될 수 있다. 권취장치(55) 및 (72)는 예를 들어, 실린더 형상의 권취기일 수 있다. 상기 권취장치(55) 및 (72)는 권취량에 따라 적당 양으로 권취하고, 절단한 후 다른 권취기에 감을 수 있다. 따라서, 상기 절단을 위해 필요에 따라 임의의 추가적인 금속 호일 절단 장치(54) 및 모판 절단장치(71)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 절단은 모판의 접착부위에서 절단하는 것이 보다 바람직하다.
The metal foil 50 used as the metal support of the fuel cell obtained by separating from the mother board 11 and the mother board 11 is wound by the metal separator winding device 55 and the mother board winding device 72, respectively. Can be. The winding devices 55 and 72 may be, for example, cylindrical winding machines. The winding devices 55 and 72 may be wound in an appropriate amount according to the winding amount, and may be wound and wound around another winding machine. Thus, any additional metal foil cutting device 54 and base plate cutting device 71 may be further included as needed for the cutting. The cutting is more preferably cut at the bonding site of the mother plate.

한편, 상기 수평 전주장치(100)는 필요에 따라 수평 셀(30)로부터 배출된 후 금속 호일(50)를 분리하기 전에 또는 분리한 후에, 필요에 따라 모판, 금속 전착층 및/또는 금속 호일(50)의 후처리 장치를 필요에 따라 추가로 설치할 수 있다. 이와 같은 후처리 장치로는 후 세척장치(52), 및/또는 건조장치(미도시) 등을 들 수 있다.
On the other hand, the horizontal electroplating apparatus 100 is discharged from the horizontal cell 30, if necessary, before or after separating the metal foil 50, if necessary, the substrate, metal electrodeposition layer and / or metal foil ( The aftertreatment device of 50) can be additionally installed as necessary. Such a post-treatment device may include a post-cleaning device 52, and / or a drying device (not shown).

모판(11)상에 형성된 금속 전착층의 표면에는 전해액이 잔류할 수 있으므로, 금속 전착층의 표면을 필요에 따라 임의로 세척하는 것이 바람직하다. 이러한 세척에는 산성용액 또는 물을 이용하여 세척할 수 있으며, 나아가, 잔류 전해액을 효과적으로 제거하기 위하여 유연한 브러쉬(brush) 등을 사용할 수도 있다.
Since electrolyte may remain on the surface of the metal electrodeposition layer formed on the mother plate 11, it is preferable to wash the surface of the metal electrodeposition layer arbitrarily as needed. Such washing may be performed using an acidic solution or water, and in addition, a flexible brush or the like may be used to effectively remove the residual electrolyte.

상기 산성용액은 금속표면의 세척에 사용 가능한 것으로 알려져 있는 어떠한 것일 수 있으며, 특히 한정하는 것은 아니다. 이와 같은 세척은 모판(11)에 금속이 전착되어 금속 전착층이 형성된 상태에서 수행할 수도 있으며, 금속 전착층을 모판(11)으로부터 분리한 후에 금속 호일(50)를 세척할 수도 있다.
The acid solution may be any one known to be usable for washing the metal surface, and is not particularly limited. Such washing may be performed in a state in which metal is deposited on the base plate 11 to form a metal electrodeposition layer, and the metal foil 50 may be washed after separating the metal electrodeposition layer from the base plate 11.

세척 후에, 금속 전착층 또는 금속 호일(50)의 표면에 고압 공기 또는 고온 가스를 분사하거나 또는 금속 전착층 또는 금속 호일(50)을 가열하는 등의 방법으로 필요에 따라 임의로 건조시킬 수 있다.
After washing, the surface of the metal electrodeposition layer or metal foil 50 may be optionally dried by necessity by spraying high pressure air or hot gas or heating the metal electrodeposition layer or metal foil 50.

상기에서는 수평형 전기주조 장치에 대하여 구체적으로 설명하였으나, 기술적으로 불가능한 경우가 아니라면 상기 수평형 전기주조장치(300)에서 채용되는 구성은 드럼형 전기주조장치(200)에 있어서도 적용될 수 있는 것임을 본 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 것이다.
In the above description, the horizontal type electroforming apparatus has been described in detail. However, unless the technically impossible case, the configuration employed in the horizontal type electroforming apparatus 300 may be applied to the drum type electro casting apparatus 200. Those skilled in the art will understand.

본 발명에 있어서는, 모판 표면에 돌기를 형성하여 전기주조 방법에 의해 금속을 모판 표면에 전착시킴으로써 일정한 기공이 균일하게 분포되어 있는 금속 지지체를 얻고자 하는 것으로서, 이하, 본 발명의 연료전지용 금속 지지체로서 기공을 형성하기 위한 모판 및 그 모판 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
In the present invention, to form a projection on the surface of the mother plate to electrodeposit the metal on the surface of the mother plate by the electroforming method to obtain a metal support in which uniform pores are uniformly distributed. A base plate for forming pores and a method for producing the base plate will be described in detail.

이하에서는 도 1에 나타난 전기주조장치(100) 또는 도 3의 수평형 전기주조장치(300)에서 사용되는 모판에 대하여 도시되어 있으나, 이는 도 2의 드럼형 전기주조장치(200)의 모판으로 사용되는 드럼에 대하여도 적용될 수 있는 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 있어서, 모판이라고 하면, 드럼형 전기주조장치(200)의 모판으로 사용되는 드럼을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
Hereinafter, although the mother plate used in the electric casting apparatus 100 shown in FIG. 1 or the horizontal type electric casting apparatus 300 of FIG. 3 is used, this is used as the mother plate of the drum type electric casting apparatus 200 of FIG. As can be applied to the drum to be, it will be easily understood by those skilled in the art. Therefore, in the present invention, the base plate may be understood to include a drum used as a base plate of the drum-type electroforming apparatus 200.

본 발명의 전기주조에 의해 고체산화물 연료전지용 금속지지체를 제조함에 있어서는 전기주조에 의해 형성된 금속호일을 캐소드 전극의 모판으로 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 캐소드 전극의 모판은 표면에 복수의 돌기를 포함한다. 따라서, 이와 같은 돌기를 갖는 모판을 제조하기 위해 상기 모판 제조용 1차 모판이 요구된다. 이하, 상기 본 발명의 전기주조에 사용될 수 있는 모판을 제조하기 위한 1차 모판에 대하여 설명한다. 이를 위해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 돌기를 갖는 모판을 전기주조에 의해 제조하기 위한 1차 모판을 개략적으로 나타내는 도면이다.
In manufacturing the metal support for a solid oxide fuel cell by the electroforming of the present invention, the metal foil formed by the electroforming can be used as the base plate of the cathode electrode. The mother plate of the cathode electrode according to the invention comprises a plurality of projections on the surface. Therefore, in order to manufacture the base plate which has such a processus | protrusion, the primary base plate for said base plate manufacture is calculated | required. Hereinafter, a primary base plate for manufacturing a base plate that can be used in the electroforming of the present invention will be described. This will be described with reference to FIG. 4. 4 is a view schematically showing a primary mother plate for producing a mother plate having protrusions by electroforming.

본 발명에 있어서 돌기를 갖는 모판을 전기주조에 의해 제조함에 있어서, 캐소드 전극으로 사용되는 1차 모판의 표면에는 돌기부 또는 음각부가 형성된다. 이와 같은 돌기부 또는 음각부는, 예를 들어, Si 웨이퍼 상에서 리소그라피 공정과 이온 실리콘 식각 장치(DRIE)를 이용한 식각 공정을 통해 형성될 수 있다.
In the present invention, when producing a base plate having protrusions by electroforming, protrusions or intaglio portions are formed on the surface of the primary base plate used as the cathode electrode. Such protrusions or indentations may be formed, for example, on a Si wafer through a lithography process and an etching process using an ion silicon etching apparatus (DRIE).

이온 실리콘 식각은 반응성 기체를 플라즈마 상태로 만든 다음, 실리콘 웨이퍼 표면에 접촉시켜 건식 식각하는 공정으로 고종횡비를 가지는 표면 형상을 제작할 수 있다. 이 공정은 웨이퍼 표면의 선택적 식각을 위해 표면에 감광막 물질을 이용하여 패턴을 형성함으로써 감광막 물질 아래 부분은 식각이 되지 않도록 제어할 수 있다.
Ion silicon etching is a process of making a reactive gas into a plasma state and then dry etching by contacting the surface of the silicon wafer to produce a surface shape having a high aspect ratio. In this process, a pattern is formed using a photoresist film material on the surface for selective etching of the wafer surface, so that the portion below the photoresist film material can be controlled not to be etched.

일반적인 반도체 공정에서는 수직방향으로 정교한 돌기 형상을 만들기 위해 일정 깊이의 식각이 이루어진 후, 다시 감광막 물질로 마스킹 후 식각을 진행하는 다단계 공정을 실시하게 되지만, 본 발명에서 얻고자 하는 금속지지체는 상기 돌기를 가지는 모판 상에 제조 후 박리하는 과정을 통해 제조되는 것으로, 모판의 돌기를 제작하는 과정에서 감광막 물질을 통한 마스크 패턴의 크기를 점진적으로 감소시켜가며 다단계 식각을 실시함으로써, 쐐기 형상의 음각부를 제작할 수 있다. 이와 같은 쐐기 형상의 음각부를 통해 원뿔 형상의 돌기를 갖는 금속 호일의 1차 모판을 얻을 수 있으며, 상기 1차 모판을 이용하여 전기주조에 의해 돌기부를 갖는 2차 모판을 얻을 수 있다.
In a general semiconductor process, after a certain depth of etching is performed in order to form a precise protrusion shape in the vertical direction, a multi-step process of etching after masking with a photosensitive film material is performed. Eggplants are manufactured by peeling after manufacturing on the mother board. In the process of manufacturing the projections of the mother board, the wedge-shaped intaglio portion can be manufactured by performing multi-step etching while gradually decreasing the size of the mask pattern through the photoresist material. have. Through such wedge-shaped intaglio, a primary mother plate of a metal foil having conical protrusions can be obtained, and a secondary mother plate having protrusions can be obtained by electroforming using the primary mother plate.

본 발명에서는 캐소드 전극 1차 모판에 돌기부 또는 음각부를 형성하는 방법에 대하여 Si 웨이퍼의 이온 실리콘 식각 장치(DRIE)를 이용한 방법을 제시하고 있으나, 이러한 식각 방법 외에도 여러 가지 형태에 의해서도 형성될 수 있는 것으로서, 특별히 한정하는 것이 아니다.
In the present invention, a method using an ion silicon etching apparatus (DRIE) of a Si wafer is provided for a method of forming a protrusion or an intaglio portion on a cathode electrode primary substrate, but may be formed by various forms in addition to the etching method. It does not specifically limit.

한편, 통상의 반도체 산업에서 목표하는 고종횡비의 식각공정에서는 높이방향으로 완벽하게 수직인 구조체를 요구하지만, 본 발명에서 사용되는 캐소드 전극 1차 모판의 돌기부 또는 음각부는 높이 또는 깊이 방향으로 반드시 수직인 구조체일 필요는 없으며, 상기 1차 모판의 돌기부는 그 형상을 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 단면적이 일정한 원기둥, 단면적이 상향 축소되는 원기둥, 원뿔, 원호, 반원, ∩자형, 단면적이 일정한 다각기둥, 단면적이 상향 축소되는 다각기둥 또는 다각뿔의 형상을 갖거나 또는 이들 형상의 조합일 수 있으며, 이러한 형상의 돌기는 높이 방향으로 2 이상의 단차가 형성될 수 있다. 나아가, 상기 돌기는 기공을 형성할 수 있는 것이라면 그 횡단면의 형태 역시 특별히 한정하지 않는다.
On the other hand, the high aspect ratio etching process aimed at the general semiconductor industry requires a perfectly vertical structure in the height direction, but the protrusion or the intaglio portion of the cathode electrode primary substrate used in the present invention is essentially vertical in the height or depth direction. It does not need to be a structure, and the protrusion part of the said primary mother plate does not specifically limit the shape. For example, a cylinder having a constant cross-sectional area, a cylinder having an upward cross-sectional area, a cone, an arc, a semicircle, an inverted circle, a polygonal prism having a constant cross-sectional area, a polygonal prism having a cross- And the protrusion of such a shape may be formed with two or more steps in the height direction. Furthermore, the form of the cross section of the protrusion is not particularly limited as long as it can form pores.

이하, 상기 돌기부 또는 음각부가 1차 모판 표면에 형성될 수 있으며, 이하에서는 음각부를 형성하는 것을 기준으로 설명한다. 그러나, 특별히 기술적으로 모순되는 것이 아니라면 돌기부는 음각부에 대응하며, 높이는 깊이에 대응하는 표현으로 이해될 수 있다.
Hereinafter, the protrusion or the intaglio may be formed on the surface of the primary mother plate, and the following description will be made based on forming the intaglio. However, unless specifically contradicted in technical terms, the protrusion corresponds to the intaglio, and the height may be understood as an expression corresponding to the depth.

본 발명에서 얻어지는 상기 1차 모판의 음각부는 전기주조에 의해 그대로 전사되어, 상기 1차 모판의 음각부의 형상과 거의 동일한 돌기부를 갖는 금속 모판을 제조할 수 있으며, 이러한 모판을 사용하여 전기주조에 의해 고체산화물 연료전지용 금속 지지체를 제조하게 된다. 이때, 상기 금속지지체는 다공 구조를 가지며, 이때, 기공의 크기는 50㎛ 이하, 바람직하게는 1 내지 50㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 10㎛일 수 있다. 금속 지지체 상의 기공 크기가 50㎛를 초과하는 경우에는 연료전지의 단위 셀 제조를 위해 양극 및 전해질을 올리는 과정에서 쉽게 무너져내려 단위 셀을 제조하는데 어려움이 발생할 수 있다. 따라서, 1차 모판에 형성되는 돌기부는 전기주조에 의해 금속 지지체에 상기와 같은 크기의 기공을 형성할 수 있도록 돌기부의 최대 직경은 50㎛ 이하, 1-50㎛, 보다 바람직하게는 1-10㎛일 수 있다. 나아가, 모판에 형성되는 돌기는 특별히 한정하는 것은 아니나, 높이가 50-200㎛일 수 있다.
The intaglio portion of the primary base plate obtained in the present invention is transferred as it is by electroforming, so that a metal base plate having a protrusion almost identical to the shape of the intaglio portion of the primary base plate can be manufactured, and by electroforming using such a base plate A metal support for a solid oxide fuel cell is prepared. In this case, the metal support has a porous structure, wherein the pore size may be 50 μm or less, preferably 1 to 50 μm, and more preferably 1 to 10 μm. If the pore size on the metal support is more than 50 탆, it may be difficult to manufacture the unit cell because the anode and the electrolyte are easily broken during the process of manufacturing the unit cell of the fuel cell. Therefore, the maximum diameter of the protrusion is 50 μm or less, 1-50 μm, more preferably 1-10 μm so that the protrusion formed on the primary mother plate can form pores of the same size on the metal support by electroforming. Can be. Further, the protrusions formed on the base plate are not particularly limited, but may be 50-200 mu m in height.

연료전지용 금속 지지체에 있어서 금속지지체 표면에 형성되는 기공은 면적 대비 10-90% 정도의 개구율을 가지며, 크기 및 분포가 균일하게 제어되는 것이 바람직하다. 그렇지 못할 경우 발전효율이 떨어지며 안정적인 전력 확보가 어렵다. 따라서, 상기 1차 모판 상에 형성되는 돌기는 상기와 같은 크기의 기공을 형성할 수 있는 정도의 크기를 갖는 돌기부가 균일하게 1차 모판 표면에 분포되는 것이 바람직하며, 복수의 돌기는 1차 모판 면적에 대하여 10 내지 90% 정도를 차지하는 것이 바람직하다. 이러한 돌기는 1차 모판에 대하여 일정한 패턴을 가질 수 있으나, 이러한 패턴은 적절하게 선택할 수 있는 것으로서 여기서는 특별히 한정하지 않는다.
In the fuel cell metal support, the pores formed on the surface of the metal support have an opening ratio of about 10-90% of the area, and the size and distribution of the metal support are preferably uniformly controlled. Otherwise, power generation efficiency is low and it is difficult to secure stable power. Therefore, the protrusions formed on the primary mother plate preferably have protrusions having a size sufficient to form pores of the same size, and are uniformly distributed on the surface of the primary mother plate, and the plurality of protrusions are formed on the primary mother plate. It is preferable to occupy about 10 to 90% of the area. Such protrusions may have a predetermined pattern with respect to the primary mother plate, but such patterns are appropriately selected and are not particularly limited herein.

캐소드 전극 1차 모판의 기재로서 실리콘 웨이퍼가 사용된 경우에는 실리콘 웨이퍼 기재 상에 통전될 수 있도록 금속 시드(seed)층을 형성할 필요가 있다. 상기 금속 시드층은 그 위에 전기주조에 의해 전착되어 형성되는 금속 호일의 박리를 위해 Si 웨이퍼와의 결합력은 우수한 반면 전기주조에 의해 시드층 위에 형성되는 금속 호일과의 결합력은 높지 않은 것이 바람직하다.
When a silicon wafer is used as the substrate of the cathode electrode primary mother plate, it is necessary to form a metal seed layer so that it can be energized on the silicon wafer substrate. It is preferable that the metal seed layer has a high bonding strength with the Si wafer for peeling the metal foil formed by electroforming on it, but not a high bonding strength with the metal foil formed on the seed layer by electroforming.

따라서, 상기 금속 시드층은 Ti 시드층인 것이 바람직하며, 상기 Ti 시드층은 E-beam을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 상기 Ti 시드층을 E-beam에 의해 Si 웨이퍼 상에 형성함으로써 Ti 시드층과 Si 웨이퍼가 이온 결합을 통해 단단히 결합할 수 있으며, 나아가, 적당한 열처리를 통해 Ti 시드층 표면에 TiO2 산화층을 형성할 수 있으므로, 전기주조법을 통해 금속 시드층 상에 형성되는 금속 호일을 용이하게 박리할 수 있어, 고체산화물 연료전지를 전기주조에 의해 형성하기 위한 모판을 얻을 수 있다.
Accordingly, the metal seed layer is preferably a Ti seed layer, and the Ti seed layer is preferably formed through an E-beam. By forming the Ti seed layer on the Si wafer by E-beam, the Ti seed layer and the Si wafer can be firmly bonded through ionic bonding, and further, a TiO 2 oxide layer is formed on the surface of the Ti seed layer through proper heat treatment. Since it can form, the metal foil formed on a metal seed layer can be easily peeled off through an electroforming method, and the mother board for forming a solid oxide fuel cell by electroforming can be obtained.

상기 캐소드 전극으로 사용되는 1차 모판의 평탄층에는 일정 수준의 표면거칠기를 갖는 것이 바람직하다. 표면거칠기가 너무 낮을 경우 전기주조 과정 중에 생성되는 금속 호일이 캐소드 전극에서 탈락하는 경향이 있으며, 표면거칠기가 너무 높을 경우 금속 호일이 캐소드 전극 표면에 지나치게 강하게 결합되어 후속 박리 공정에서 금속 호일을 손상시키는 문제가 있다. 따라서 상기 캐소드 전극 평탄층의 표면거칠기는 1~100nm 범위일 수 있다. 이와 같이 1차 모판 표면에 일정한 표면거칠기를 부여하는 경우, 전기 주조에 의해 최종 얻어지는 금속 호일 상에도 동일한 표면거칠기를 형성할 수 있다.
It is preferable that the flat layer of the primary mother plate used as the cathode electrode has a certain level of surface roughness. If the surface roughness is too low, the metal foil generated during the electroforming process tends to fall off from the cathode electrode. If the surface roughness is too high, the metal foil is excessively strongly bonded to the surface of the cathode electrode to damage the metal foil in the subsequent peeling process. there is a problem. Therefore, the surface roughness of the cathode electrode flat layer may be in the range of 1 to 100nm. As described above, in the case of providing a constant surface roughness to the surface of the primary mother plate, the same surface roughness can be formed on the metal foil finally obtained by electroforming.

이와 같은 표면거칠기의 부여는 폴리싱과 같은 기계적 연마, 에칭과 같은 화학적 연마, 반도체 공정에서 주로 사용되는 CMP 방법과 같은 화학기계적 연마를 들 수 있다. 상기 화학적 연마, 기계적 연마 및 화학기계적 연마수단은 어느 하나를 단독으로 사용하여도 좋고, 이들을 조합하여 사용하여도 좋다. 이러한 연마수단에 의해 1차 모판의 표면에 일정한 표면거칠기를 부여할 수 있다.
Such surface roughness may include mechanical polishing such as polishing, chemical polishing such as etching, and chemical mechanical polishing such as the CMP method mainly used in semiconductor processes. The chemical polishing, mechanical polishing and chemical mechanical polishing means may be used alone or in combination thereof. Such polishing means can provide a constant surface roughness to the surface of the primary mother plate.

상기 전기주조에 의해 전해액으로부터 금속이 1차 모판 상에 전착되어 금속 전착층이 형성되면, 상기 캐소드 전극의 모판으로부터 상기 금속 전착층을 박리하여 분리함으로써 모판으로서 사용될 수 있는 금속 호일을 얻을 수 있다. 상기 분리된 금속 호일의 표면에는 1차 모판의 표면 형상이 그대로 전사되어 동일한 표면 형상을 갖는 금속호일을 얻을 수 있으며, 상기 얻어진 금속호일을 모판으로 하여 본 발명에서 얻고자 하는 금속지지체를 제조할 수 있다.
When the metal is electrodeposited on the primary mother plate by the electroforming to form a metal electrodeposition layer, the metal foil which can be used as the mother plate can be obtained by peeling and separating the metal electrodeposition layer from the mother plate of the cathode electrode. The surface shape of the primary mother plate may be transferred to the surface of the separated metal foil as it is, thereby obtaining a metal foil having the same surface shape, and the metal support to be obtained in the present invention may be manufactured using the obtained metal foil as the mother plate. have.

이와 같은 금속지지체 제조를 위한 모판을 제조함에 있어서는 전기주조장치는 특별히 한정하지 않으며, 도 1 내지 도 3에 나타낸 어떠한 전기주조장치를 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 드럼형 전기주조장치를 사용하는 것이 바람직하다. 도 1 전기주조장치 또는 도 3의 수평형 전기주조장치를 사용하는 경우에는 일정한 크기의 모판을 사용할 경우 연속생산이 용이하지 않으며, 연속생산을 위해서는 길이가 긴 모판이 필요하며, 이 경우 모판 전체에 대하여 돌기 또는 음각을 형성해야 할 필요가 있어, 1차 모판의 표면 가공에 부담을 줄 수 있다. 그러나, 드럼형 전기주조장치를 사용하는 경우에는 드럼 표면에 일정한 돌기 또는 음각을 형성하는 것만으로 연속적으로 전기주조에 의한 모판을 얻을 수 있으며, 연속 생산을 위해 특별한 조작을 필요로 하지 않는다. 또한, 이에 의해 얻어진 모판용 금속 호일을 권취하여 보관할 수 있어, 편리하다.
In manufacturing the mother plate for producing such a metal support, the electroforming apparatus is not particularly limited, and any electroforming apparatus shown in FIGS. 1 to 3 may be used. More preferably, it is preferable to use a drum type electric casting device. In the case of using the electroforming apparatus of FIG. 1 or the horizontal electroforming apparatus of FIG. 3, continuous production is not easy when using a constant size plate, and a long length of the plate is required for continuous production. It is necessary to form protrusions or intaglio with respect to the surface processing of the primary mother plate can be a burden. However, in the case of using a drum type electroforming device, it is possible to obtain a base plate by electroforming continuously by forming a constant protrusion or intaglio on the drum surface, and does not require special operation for continuous production. Moreover, the metal foil for baseplates obtained by this can be wound up and stored, and it is convenient.

상기와 같이 1차 모판으로부터 전기주조에 의해 모판을 제조함에 있어서, 전해액은 본 발명에 있어서, 상기 전해액은 금속이온을 포함하며, 상기 금속이온은 전주법에 의해 전해 석출반응이 일어날 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, Cu, Fe, Ni, Ti, Zn, Cr, Co, Ag, Pd, Al, Sn 또는 이들의 합금 등을 들 수 있으며, 보다 바람직하게는 Cu, Ni, Fe 또는 이들의 합금일 수 있다.
In preparing the mother plate by electroforming from the primary mother plate as described above, the electrolyte solution in the present invention, the electrolyte solution comprises a metal ion, the metal ion is particularly that the electrolytic precipitation reaction can occur by the electroforming method It does not limit, For example, Cu, Fe, Ni, Ti, Zn, Cr, Co, Ag, Pd, Al, Sn, or these alloys etc. are mentioned, More preferably, Cu, Ni, Fe, or these It may be an alloy of.

상기 얻어진 모판용 금속 호일은 필요에 따라서 표면에 존재하는 전해액, 식각액 등의 불순물을 제거하기 위하여 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 세척은 특별히 한정하지 않으며, 산성용액과 세척액을 이용하여 금속 극박의 표면에 잔류하는 전해액 등을 세척할 수 있다.
The obtained sheet metal foil may include a step of washing to remove impurities such as an electrolyte solution, an etching solution and the like present on the surface as needed. At this time, the washing is not particularly limited, and the electrolytic solution remaining on the surface of the metal foil can be cleaned using an acidic solution and a washing solution.

또한, 얻어진 금속호일의 표면을 기계적, 물리적 또는 화학적 수단에 의해 연마 또는 에칭함으로써 돌기의 적어도 일부를 개방시킬 수도 있다. 이에 의해 상기 금속호일을 모판으로 사용하여 전기주조에 의해 금속지지체를 제조하는 경우, 얻어지는 금속지지체 상에 기공을 형성시킬 수 있다.
It is also possible to open at least a part of the projections by polishing or etching the surface of the obtained metal foil by mechanical, physical or chemical means. As a result, when the metal support is manufactured by electroforming using the metal foil as a mother plate, pores can be formed on the metal support obtained.

상기 얻어진 모판용 금속호일의 두께는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 30~500㎛인 것이 바람직하다. 금속 호일의 두께가 30㎛ 미만인 경우에는 지나치게 얇아 박리 공정 중 호일이 찢어지는 등의 공정상 핸들링이 어려울 수 있고, 500㎛를 초과하는 경우에는 모판용 금속호일을 제조하는데 생산성이 떨어지게 된다.
Although the thickness of the obtained metal foil for baseplate is not specifically limited, For example, it is preferable that it is 30-500 micrometers. When the thickness of the metal foil is less than 30 μm, handling may be difficult due to the process such as tearing of the foil during the peeling process, and when it exceeds 500 μm, productivity is reduced in manufacturing the metal foil for the mother board.

한편, 상기 모판용 금속호일은 표면에 산화피막을 포함하는 것이 바람직하다. 산화피막이 형성됨으로써 모판 표면에 전착층이 형성되는 경우, 전착층과의 박리가 용이할 수 있다. 이와 같은 산화피막은 특별히 한정하지 않으며, 상기 금속호일 표면을 열처리에 의해 산화피막을 형성하는 방법을 포함하여, 일반적으로 사용될 수 있는 방법이라면 특별히 한정하지 않는다.
On the other hand, the metal foil for the mother plate preferably includes an oxide film on the surface. When the electrodeposition layer is formed on the surface of the mother plate by forming the oxide film, peeling from the electrodeposition layer may be easy. Such an oxide film is not particularly limited and is not particularly limited as long as it can be generally used, including a method of forming an oxide film on the surface of the metal foil by heat treatment.

상기 얻어진 금속 호일을 모판으로 사용하여 전기주조에 의해 본 발명에서 얻고자 하는 금속지지체를 제조할 수 있다. 이때, 전기주조의 공정은 1차 모판을 사용하여 상기 모판용 금속호일을 제조하는 것과 다르지 않다.
The metal support to be obtained in the present invention can be produced by electroforming using the obtained metal foil as a mother plate. At this time, the process of electroforming is not different from manufacturing the metal foil for the mother board using the primary mother board.

다만, 상기 금속지지체를 제조함에 있어서는, 반드시 한정하는 것은 아니지만, 도 3에 나타낸 수평셀 전기주조장치를 사용하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 드럼형 전주장치를 사용하여 연속적으로 길이가 긴 모판용 금속호일을 제조할 수 있으므로, 수평셀 전주장치를 사용하는 경우에 연속적인 금속지지체 제조에 특별한 문제가 없으며, 생산성 향상을 도모할 수 있어 보다 바람직하다.
However, in manufacturing the metal support, it is not necessarily limited, but it is preferable to use the horizontal cell electroforming apparatus shown in FIG. As described above, since the metal foil for the mother board can be continuously manufactured using the drum type pole apparatus, there is no particular problem in the production of the continuous metal support when the horizontal cell pole apparatus is used, thereby improving productivity. It can plan, and it is more preferable.

또한, 이에 의해 얻어지는 상기 금속지지체는 Ni 또는 Fe-Ni 합금인 것이 바람직하다. Ni은 전기전도도가 우수하고, Fe는 경하면서도 유연하고, 우수한 강도 또는 경도를 확보하고 있기 때문에, 물리적 충격에 의한 균열 혹은 파단이 잘 발생하지 않아, 방열성 및 내구성 확보 측면에서 유리하다. 또한 제조 비용이 저렴하고, 대량생산이 가능하기 때문에 생산성 측면에서도 유리하다는 이점과 함께, 롤과 같은 형태로 쉽게 변화되기 때문에, 보관이 용이하고, 고객사의 요구에 맞게 기판의 크기를 제어하는 것이 쉽다는 장점이 있다.
Moreover, it is preferable that the said metal support obtained by this is Ni or Fe-Ni alloy. Since Ni is excellent in electric conductivity, Fe is light and flexible, and excellent strength or hardness is secured, cracks or fractures due to physical impact are hardly generated, which is advantageous in terms of heat dissipation and durability. In addition, since the production cost is low, mass production is possible, it is advantageous from the viewpoint of productivity and easily changes into a roll-like form. Therefore, it is easy to store and it is easy to control the size of the substrate .

상기 금속지지체는 Ni과 Fe의 합금인 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, Fe-Ni 합금으로서 기판이 제조되는 경우에는, 상기 Ni의 함량 제어를 통해 연료전지용 금속지지체에 적용될 수 있도록 열팽창 계수를 최적화시킬 수 있다. 또한, 상기 Fe-Ni 합금은 내부식성 확보가 용이한 물질이며, 동시에 전기주조법을 이용하여 금속지지체를 제조하는 경우, 상기 Fe-Ni 합금의 형성이 용이하다는 장점이 있다.
It is more preferable that the metal support is an alloy of Ni and Fe. Thus, when a substrate is manufactured as an Fe-Ni alloy, the coefficient of thermal expansion can be optimized to be applicable to a metal support for a fuel cell through the control of the content of Ni. In addition, the Fe-Ni alloy is an easy material to ensure corrosion resistance, and at the same time, when the metal support is manufactured by using the electroforming method, the Fe-Ni alloy can be easily formed.

상기 금속지지체는 Ni의 함량이 40~100중량%인 Ni 금속 또는 Fe-Ni 합금일 수 있으며, Ni 함량이 45~90중량%인 Fe-Ni 합금인 것이 보다 바람직하다. 상기 Ni의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 열팽창계수의 차이가 커지게 되어, 열응력 발생으로 인한 셀 전극의 특성 저하가 발생하기 쉬워 연료전지용 금속지지체로 적용되기 어려울 수 있다.
The metal support may be a Ni metal or Fe-Ni alloy having a Ni content of 40 to 100% by weight, and more preferably a Fe-Ni alloy having a Ni content of 45 to 90% by weight. When the Ni content is out of the above range, the difference in coefficient of thermal expansion becomes large, and thus, deterioration of characteristics of the cell electrode due to thermal stress may occur, and thus it may be difficult to be applied as a metal support for a fuel cell.

상기 Fe-Ni 합금의 금속지지체를 제조하는 경우에 있어서, 이를 위해 전해조에 투입되는 전해액은 Fe 전구체와 Ni 전구체를 포함한다. 이때 사용되는 Fe 전구체로는, 황산철, 염화철, 질산철, 설파민산철 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있으며, Ni 전구체로는, 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈, 설파민산니켈 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
In the case of manufacturing the metal support of the Fe-Ni alloy, the electrolyte solution added to the electrolytic cell for this includes a Fe precursor and Ni precursor. Examples of the Ni precursor include nickel sulfate, nickel chloride, nickel nitrate, nickel sulfide, or a mixture thereof. Examples of the Ni precursor include iron sulfate, ferric chloride, ferric nitrate, iron sulfamide, And the like.

상기 전해액 중 철 전구체 및 니켈 전구체의 함량은 특히 한정하는 것은 아니며, 모판의 이동속도, 전해액 공급 속도, 및 Fe-Ni합금 전착층(박막)에서의 Fe과 Ni의 조성비 등에 따라 적합하게 조절할 수 있다. 이때, 상기 금속지지체 Fe-Ni 합금을 제조하기 위한 일례를 들면, 전해액의 조성을 물 1L당, Ni 전구체가 40~50g일 때, Fe 전구체가 6~12g이 되도록 하는 것이 바람직하다.
The content of the iron precursor and the nickel precursor in the electrolyte is not particularly limited and can be suitably adjusted according to the moving speed of the base plate, the supply rate of the electrolyte, and the composition ratio of Fe and Ni in the Fe-Ni alloy electrodeposited layer (thin film) . At this time, an example for producing the metal support Fe-Ni alloy, when the composition of the electrolyte solution per 1 L of water, the Ni precursor is 40 to 50g, it is preferable to make the Fe precursor to 6 to 12g.

이외에, 전해액은 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 이러한 기타 불순물은 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 이 기술분야의 통상의 기술자라면 인식할 수 있는 것으로서, 여기서는 구체적인 기재를 생략한다.
In addition, the electrolytic solution may contain other unavoidable impurities. Such other impurities can not be excluded because they can be inevitably incorporated from the raw material or the surrounding environment in a usual production process. These impurities can be recognized by those skilled in the art, and a detailed description thereof will be omitted here.

상기 전해액은 전도보조제, 착화제 등의 기타 첨가제를 이 기술분야에서 일반적으로 사용되는 양으로 포함할 수 있다. 전기주조가 용이하게 이루어지기 위해서 전해액의 온도는 50~60℃, 전해액의 pH는 1.5~3.5로 관리하는 것이 바람직하다. 또한, 전해액의 pH를 상기 범위로 조절하기 위해 pH 완충제를 첨가할 수 있으며, 이러한 pH 완충제로는 붕산 10~30g/L을 포함할 수 있다. 나아가, 기판의 응력을 저감시켜 캐소드 전극 모판으로부터 기판이 용이하게 탈착되도록 하기 위해 도데실황산나트륨, 소듐라우릴설페이트과 같은 계면활성제나 사카린과 같은 응력완화제를 추가로 포함할 수 있다.
The electrolytic solution may contain other additives such as a conductive additive, a complexing agent and the like in an amount commonly used in this technical field. In order to facilitate the electroforming, the temperature of the electrolytic solution is preferably controlled at 50 to 60 ° C and the pH of the electrolytic solution is controlled at 1.5 to 3.5. In addition, a pH buffer may be added to adjust the pH of the electrolytic solution to the above range, and the pH buffer may include 10 to 30 g / L of boric acid. Furthermore, a surfactant such as sodium dodecyl sulfate, sodium lauryl sulfate, or a stress relaxation agent such as saccharin may be further added so as to reduce the stress of the substrate and easily detach the substrate from the cathode electrode base plate.

본 발명에서 얻어지는 상기 모판용 금속 호일은 기공의 크기는 50㎛ 이하, 바람직하게는 1 내지 50㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 10㎛일 수 있다. 금속지지체 상의 기공 크기가 50㎛를 초과하는 경우에는 양극 및 전해질을 올리는 과정에서 쉽게 무너져내려 셀을 제조하는데 어려움이 발생할 수 있다. 또한 기공의 크기 및 분포는 균일하게 제어되어야 하는데, 그렇지 못할 경우 발전효율이 떨어지며 안정적인 전력 확보가 어려울 수 있다.
The metal foil for the mother plate obtained in the present invention may have a pore size of 50 μm or less, preferably 1 to 50 μm, and more preferably 1 to 10 μm. If the pore size on the metal support is more than 50 탆, the anode and the electrolyte may be easily broken in the process of raising the electrolyte, so that it may be difficult to manufacture the cell. In addition, the size and distribution of the pores must be uniformly controlled. Otherwise, the power generation efficiency is low and it may be difficult to obtain stable power.

한편, 금속지지체는 연료전지의 셀 구성요소들과의 열팽창 계수가 거의 유사한 수준으로 제어될 필요가 있다. 이는, 온도의 상승 혹은 저하에 따라, 금속지지체 또는 그 위에 적층되는 물질들에 가해지는 응력에 있어서 차이가 발생될 수 있으며, 이 경우 상기 금속지지체나 다른 물질들에 균열 혹은 파단을 야기시킬 수 있기 때문이다.
On the other hand, the metal support needs to be controlled to have a similar thermal expansion coefficient to the cell components of the fuel cell. This is because as the temperature rises or falls, there may be a difference in the stresses exerted on the metal support or the materials deposited thereon, which can lead to cracking or fracture of the metal support or other materials Because.

나아가, 필요에 따라서는 금속지지체용 금속 호일 상에 형성된 돌기부의 개방을 위해 본 발명에 기재된 바와 같은 연마 수단 등을 이용하여 돌기를 개방하는 공정을 포함할 수 있다.
Further, if necessary, a step of opening the protrusions by using a polishing means or the like as described in the present invention may be included in order to open the protrusions formed on the metal foil for the metal support.

실시예Example

이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 일예에 관한 것으로서, 이에 의해 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.
Hereinafter, an Example is given and this invention is demonstrated more concretely. However, the following examples are related to one example of the present invention, and are not intended to limit the present invention thereby.

실시예Example 1 One

1차 음극 모판으로는 실리콘 웨이퍼를 사용하였으며, 이온 실리콘 식각 공정을 통해 음각형상을 제작하였다. 음각은 평균 직경이 50㎛이었으며, 간격은 150㎛로 하였다. 상기 모판의 표면상에 E-빔(beam)을 통하여 Ti 시드층을 1000Å의 두께로 형성한 후 550℃로 열처리하여 TiO2 피막을 형성하였다.
A silicon wafer was used as the first negative electrode substrate, and an intaglio shape was manufactured through an ion silicon etching process. The intaglio had an average diameter of 50 mu m and an interval of 150 mu m. A Ti seed layer was formed to a thickness of 1000 판 through an E-beam on the surface of the mother plate and then heat treated at 550 ° C. to form a TiO 2 film.

물 1L당 염화니켈 50g, 염화철 12g, 붕산 20g 및 사카린 0.4g을 첨가하여 본 발명의 전해액을 제조하였다.
50 g of nickel chloride, 12 g of iron chloride, 20 g of boric acid and 0.4 g of saccharine were added per liter of water to prepare an electrolytic solution of the present invention.

전원(108), 상기 전원에 연결된 애노드 전극(106) 및 전해액을 담지하는 전해조(102)를 구비하는 도 1에 나타낸 바와 같은 전기주조장치(100)를 사용하였으며, 상기 제조된 모판을 캐소드 전극(104)으로 제공하여 상기 전원과 연결하였다. 이어서, 상기 전해조(102)에 상기 전해액(110)을 채워 애노드 전극(106) 및 캐소드 전극(104)을 전해액(110)에 침지하였다.
An electroforming apparatus 100 as shown in FIG. 1 having a power source 108, an anode electrode 106 connected to the power source, and an electrolyzer 102 carrying an electrolyte solution was used, and the prepared mother plate was a cathode electrode ( 104) to connect with the power supply. Subsequently, the electrolyte 110 was filled in the electrolytic cell 102 to immerse the anode electrode 106 and the cathode electrode 104 in the electrolyte 110.

상기 전해액(110)을 pH 2.0 및 온도 55℃로 한 후, 전류를 인가하여 전기주조를 수행하였다. 이때, 전류밀도는 5A/d㎡로 하였다.
After the electrolyte solution 110 had a pH of 2.0 and a temperature of 55 ° C., electric casting was performed by applying a current. At this time, the current density was 5 A / dm 2.

이와 같은 전기 주조에 의해 캐소드 전극 표면에 두께 80㎛의 Fe-Ni 전착층을 형성한 후, 상기 형성된 Fe-Ni 전착층을 분리하여 Fe-Ni 금속호일을 얻었다. 얻어진 금속호일 상에 E-beam을 통해 Ti 시드층을 형성한 후, 550℃로 열처리하여 TiO2 피막을 형성하였다.
After the Fe-Ni electrodeposition layer having a thickness of 80 µm was formed on the surface of the cathode by such electroforming, the Fe-Ni electrodeposition layer was separated to obtain a Fe-Ni metal foil. A Ti seed layer was formed on the obtained metal foil through an E-beam, and then heat-treated at 550 ° C. to form a TiO 2 film.

상기 Fe-Ni 합금의 모판을 도 3에 나타낸 바와 같은 수평형 전기주조장치(300)의 모판(11)으로 사용하여 금속지지체로 사용되는 금속호일을 제조하였다.
The base plate of the Fe-Ni alloy was used as the base plate 11 of the horizontal electroforming apparatus 300 as shown in FIG. 3 to prepare a metal foil used as a metal support.

상기 수평형 전기주조장치(300)의 수평셀(30) 내에 상기 제조된 Fe-Ni 합금의 금속호일을 모판(11)으로 투입하고, 상기 모판 및 애노드 전극에 전류를 인가하면서 전해액을 1000레이놀즈 수의 속도로 상기 모판 표면에 공급하여 전기주조를 수행하였다. 이때 전류밀도는 5 A/d㎡로 하고, 전해액은 모판 제조를 위하여 사용된 전해액과 동일한 전해액을 사용하였다.
The metal foil of the Fe-Ni alloy manufactured in the horizontal cell 30 of the horizontal electroforming apparatus 300 was introduced into the base plate 11, and an electrolyte solution was applied to 1000 Reynolds numbers while applying current to the base plate and the anode electrode. The electroforming was performed by feeding the surface of the mother plate at a rate of. At this time, the current density was 5 A / dm 2, and the same electrolyte was used as the electrolyte used for preparing the mother plate.

상기 전기주조에 의해 모판 표면에 50㎛ Fe-Ni 전착층을 형성한 후, 모판 상에 형성된 Fe-Ni 전착층을 분리하여 두께 50㎛의 Fe-Ni 금속박을 얻었다.
After the 50-micrometer Fe-Ni electrodeposition layer was formed in the mother board surface by the said electroforming, the Fe-Ni electrodeposition layer formed on the mother board was isolate | separated, and the Fe-Ni metal foil with a thickness of 50 micrometers was obtained.

상기 공정에 의해 제조된 금속 호일의 미세조직을 도 5에 나타내었다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 제조된 금속지지체는 모판 돌기의 형상에 의해 균일하고 고른 기공을 가짐을 육안으로 확인할 수 있었다.
The microstructure of the metal foil prepared by the above process is shown in FIG. 5. As can be seen from FIG. 5, it could be visually confirmed that the manufactured metal support has uniform and even pores by the shape of the mother plate protrusion.

이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고체산화물 연료전지 금속지지체 제조방법을 사용하여, 균일한 크기 및 분포의 기공을 가지며, 강도 및 충격특성이 우수한 금속지지체를 제조할 수 있다.
As can be seen from the above, it is possible to produce a metal support having uniform size and distribution of pores and excellent strength and impact characteristics by using the method for producing a solid oxide fuel cell metal support of the present invention.

100: 전기주조장치
102: 전해조 104: 모판(캐소드 전극)
106: 애노드 전극 108: 전원
110: 전해액 112: 금속 호일
200: 드럼형 전기주조장치
202: 전해조 204: 드럼(캐소드 전극)
206: 애노드 전극 208: 전원
210: 전해액 212: 금속 호일
300: 수평형 전기주조장치
10: 모판 공급장치 11: 모판(캐소드 전극)
12: 접합 수단 13: 연마 수단
14: 전 세척 장치 30: 수평 셀
31, 31': 컨덕트 롤 32: 애노드 전극
33: 전원 34: 전해액 저장조
35: 전해액 가열기 36: 전해액 여과기
37: 전해액 펌프 38: 전해액 노즐
50: 금속 호일 51: 박막 분리장치(박리 롤)
52: 후 세척장치 54: 금속 분리판 절단장치
55: 금속 호일 권취장치 71: 모판 절단 장치
72: 모판 권취 장치 300: 수평 전주장치
100: electroforming apparatus
102: electrolyzer 104: base plate (cathode electrode)
106: anode electrode 108: power source
110: electrolytic solution 112: metal foil
200: drum electroforming apparatus
202: electrolytic bath 204: drum (cathode electrode)
206: anode electrode 208: power source
210: electrolyte solution 212: metal foil
300: horizontal electric casting device
10: Bed plate feeder 11: Bed plate (cathode electrode)
12: bonding means 13: polishing means
14: electric cleaning device 30: horizontal cell
31, 31 ': Conductor roll 32: anode electrode
33: power source 34: electrolyte reservoir
35: Electrolyte heater 36: Electrolyte filter
37: Electrolyte pump 38: Electrolyte nozzle
50: metal foil 51: thin film separator (peel roll)
52: post-cleaning device 54: metal separator cutting device
55: metal foil winding device 71: bed plate cutting device
72: base plate winding device 300: horizontal pole

Claims (23)

전기주조의 전해석출반응을 이용하여 금속 호일을 제조하는데 사용되는 전기주조용 전도성 모판으로서, 상기 모판은 가요성의 금속으로서, 30-500㎛의 두께를 가지고, 평탄면에 복수의 돌기를 포함하며, 상기 돌기는 모판 면적의 10 내지 90% 범위로 존재하는 전기주조용 모판.
A conductive base plate for electroforming used to produce a metal foil using an electrolytic precipitation reaction of electroforming, wherein the base plate is a flexible metal, has a thickness of 30-500 μm, and includes a plurality of protrusions on a flat surface. The projections are electroforming cast plate is present in the range of 10 to 90% of the bed area.
제 1항에 있어서, 상기 돌기는 원형 기준으로 최대 직경이 1 내지 50㎛이고, 높이가 50-200㎛인 전기주조용 모판.
2. The electroforming base plate according to claim 1, wherein the protrusions have a maximum diameter of 1 to 50 mu m and a height of 50 to 200 mu m on a circular basis.
제 1항에 있어서, 상기 돌기는 단면적이 일정한 원기둥, 단면적이 상향 축소되는 원기둥, 원뿔, 원호, 반원, ∩자형, 단면적이 일정한 다각기둥, 단면적이 상향 축소되는 다각기둥 또는 다각뿔의 형상을 갖거나 또는 이들 형상의 조합인 전기주조용 모판.
[2] The method of claim 1, wherein the protrusions have a cylindrical shape having a constant cross-sectional area, a cylindrical shape having a cross-sectional area reduced upward, a cone, an arc, a semicircle, an inverted ellipse, a polygonal prism having a constant cross-sectional area, a polygonal prism having a cross- Or a combination of these shapes.
제 3항에 있어서, 상기 돌기는 높이 방향으로 단차를 갖는 전기주조용 모판.
The electroforming base plate according to claim 3, wherein the projections have a height difference in height direction.
제 1항에 있어서, 상기 모판은 돌기의 상단부가 개방되어 있는 전기주조용 모판.
According to claim 1, The base plate is electroforming casting base plate of the upper end of the projection.
제 1항에 있어서, 상기 모판은 표면에 산화피막이 형성되어 있는 전기주조용 모판.
2. The electroplating mother plate according to claim 1, wherein the mother plate has an oxide film formed on a surface thereof.
제 6항에 있어서, 상기 산화피막은 TiO2 피막인 전기주조용 모판.
The mother plate for electroforming according to claim 6, wherein the oxide film is a TiO 2 film.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모판은 평탄면에 1-100nm의 표면거칠기를 갖는 것인 전기주조용 모판.
The mother plate for electroforming according to any one of claims 1 to 7, wherein the mother plate has a surface roughness of 1-100 nm on a flat surface.
적어도 전원, 캐소드 전극, 애노드 전극으로 제공되며, 전해액으로부터 금속이 전착되는 1차 모판, 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극에 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급수단을 포함하는 전기주조장치를 사용하며,
적어도 상기 1차 모판에 금속이온을 포함하는 전해액을 공급하는 단계;
상기 1차 모판과 애노드 전극에 전류가 인가되고 상기 전해액으로부터 금속이 전해 석출되어 상기 1차 모판 표면에 전착되는 단계; 및
상기 1차 모판 표면에 전착된 금속 전착층을 상기 1차 모판으로부터 분리하는 단계를 포함하며,
상기 1차 모판은 평탄면에 복수의 돌기부 또는 음각부를 포함하며, 상기 돌기부 또는 음각부는 1차 모판 면적의 10 내지 90% 범위로 존재하며, 표면에 산화피막을 포함하는 전기주조용 모판 제조방법.
An electric casting apparatus provided at least as a power source, a cathode electrode, and an anode electrode, the primary mother plate to which metal is electrodeposited from an electrolyte solution, and an electrolyte supply means for supplying the electrolyte solution to the cathode electrode and the anode electrode,
Supplying an electrolyte solution containing metal ions to at least the primary mother plate;
A current is applied to the primary mother plate and the anode electrode, and metal is electrolytically precipitated from the electrolyte to be electrodeposited on the surface of the primary mother plate; And
Separating the metal electrodeposition layer deposited on the surface of the primary mother plate from the primary mother plate,
The primary base plate includes a plurality of protrusions or intaglio on a flat surface, wherein the protrusions or intaglio is present in the range of 10 to 90% of the area of the primary base plate, the surface of the electroforming casting plate manufacturing method comprising an oxide film on the surface.
제 9항에 있어서, 상기 1차 모판은 Si 웨이퍼 표면을 리소그라피 공정과 이온 실리콘 식각 공정에 의해 식각하여 평탄면에 돌기부 또는 음각부를 형성하고, Si 웨이퍼의 평탄면상에 금속의 전착을 위한 전도성 금속 시드층을 형성함으로써 얻어진 것인 전기주조용 모판 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the primary mother plate is formed by etching the surface of the Si wafer by a lithography process and an ion silicon etching process to form protrusions or indentations on the flat surface, the conductive metal seed for electrodeposition of the metal on the flat surface of the Si wafer A method for producing an electroforming mother plate obtained by forming a layer.
제 10항에 있어서, 상기 전도성 금속 시드층은 Ti층인 전기주조용 모판 제조방법.
The method of claim 10, wherein the conductive metal seed layer is a Ti layer.
제 11항에 있어서, 상기 Ti층은 E-빔을 통해 형성되는 것인 전기주조용 모판 제조방법.
12. The method of claim 11, wherein the Ti layer is formed through an E-beam.
제 12항에 있어서, 상기 Ti층을 열처리하여 TiO2 피막이 형성되는 전기주조용 모판 제조방법.
The method of claim 12, wherein the Ti layer is heat-treated to form a TiO 2 film.
제 11항에 있어서, 상기 Ti 시드층에 1 내지 100nm의 표면거칠기가 부여되는 전기주조용 모판 제조방법.
12. The method of claim 11, wherein a surface roughness of 1 to 100 nm is given to the Ti seed layer.
제 9항에 있어서, 상기 1차 모판은 금속 플레이트 또는 드럼형 전기주조장치의 캐소드 드럼인 전기주조용 모판 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the primary mother plate is a cathode drum of a metal plate or a drum type electroforming device.
제 9항에 있어서, 상기 돌기부 또는 음각부는 원형 기준으로 최대 직경이 1 내지 50㎛이고, 높이가 30-500㎛인 전기주조용 모판 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the protrusion or the intaglio portion has a maximum diameter of 1 to 50 µm and a height of 30 to 500 µm on a circular basis.
적어도 전원, 캐소드 전극, 애노드 전극으로 제공되며, 전해액으로부터 금속이 전착되는 모판, 및 상기 캐소드 전극과 애노드 전극에 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급수단을 포함하는 전기주조장치를 사용하여 고체산화물 연료전지용 금속지지체를 제조하는 금속지지체 제조방법으로서,
적어도 상기 모판에 금속이온을 포함하는 전해액을 공급하는 단계;
상기 모판과 캐소드 전극에 전류를 인가하여 상기 전해액으로부터 금속이 전해 석출되어 상기 모판 표면에 전착되는 단계; 및
상기 모판 표면에 전착된 금속 전착층을 상기 모판으로부터 분리하는 단계를 포함하며,
상기 모판은 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 모판인 금속지지체 제조방법.
An electroforming apparatus provided with at least a power supply, a cathode electrode, and an anode electrode, the electroforming apparatus including a base plate on which a metal is electrodeposited from an electrolyte, and an electrolyte supply means for supplying the electrolyte solution to the cathode electrode and the anode electrode, A method for producing a metal support,
Supplying an electrolytic solution containing metal ions to at least the base plate;
Applying a current to the base plate and the cathode electrode to deposit a metal on the surface of the base plate by electrolytic deposition of the metal from the electrolyte solution; And
Separating the metal electrodeposition layer deposited on the surface of the base plate from the base plate,
The said base plate is a metal support body manufacturing method of any one of Claims 1-7.
제 17항에 있어서, 상기 전기주조장치는 드럼형 전주장치 또는 수평형 전주장치이며,
상기 수평형 전주장치는 일정한 방향으로 수평으로 모판이 공급되고, 상기 모판과 캐소드 전극에 의해 형성되는 전해액 유로를 통해 모판 표면에 전해액을 공급되며,
상기 모판과 애노드 전극에 인가된 전류에 의해 모판 표면에 금속 전착층이 형성되는 것인 금속지지체 제조방법.
18. The apparatus of claim 17, wherein the electroforming device is a drum type pole or a horizontal type pole die,
The horizontal pole is supplied to the mother plate horizontally in a predetermined direction, the electrolyte is supplied to the surface of the mother plate through the electrolyte flow channel formed by the mother plate and the cathode electrode,
And a metal electrodeposition layer is formed on the surface of the mother plate by the current applied to the mother plate and the anode electrode.
제 17항에 있어서, 상기 전해액은 물 1L에 대하여 Ni 전구체 40-50g 및 Fe 전구체 6-12g을 포함하는 것인 금속지지체 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the electrolyte solution comprises 40-50 g of Ni precursor and 6-12 g of Fe precursor with respect to 1 L of water.
제 19항에 있어서, 상기 전해액은 황산철, 염화철, 질산철 및 설파민산철로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 일종의 철 전구체 및 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈 및 설파민산니켈로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 일종의 니켈 전구체를 포함하는 금속지지체 제조방법.
The method of claim 19, wherein the electrolyte is at least one iron precursor selected from the group consisting of iron sulfate, iron chloride, iron nitrate and iron sulfamate and at least one type selected from the group consisting of nickel sulfate, nickel chloride, nickel nitrate and nickel sulfamate Metal support manufacturing method comprising a nickel precursor.
제 17항에 있어서, 상기 금속지지체는 Ni 함량이 40-100중량%인 Ni 금속 또는 Fe-Ni 합금이고, 두께가 30-200㎛인 금속지지체 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the metal support is Ni metal or Fe-Ni alloy having a Ni content of 40-100% by weight, and has a thickness of 30-200 µm.
제 17항에 있어서, 상기 금속지지체는 1 내지 50㎛의 기공을 갖는 것인 금속지지체 제조방법.
The method of claim 17, wherein the metal support has a pore of 1 to 50㎛.
제 17항에 있어서, 상기 금속지지체는 개구율이 면적 대비 10-90%인 금속지지체 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the metal support has an opening ratio of 10-90% of the area.
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