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KR101485950B1 - Gas Separation Membrane Planar Module and Fabrication Method Thereof - Google Patents

Gas Separation Membrane Planar Module and Fabrication Method Thereof Download PDF

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KR101485950B1
KR101485950B1 KR20130038720A KR20130038720A KR101485950B1 KR 101485950 B1 KR101485950 B1 KR 101485950B1 KR 20130038720 A KR20130038720 A KR 20130038720A KR 20130038720 A KR20130038720 A KR 20130038720A KR 101485950 B1 KR101485950 B1 KR 101485950B1
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Abstract

본 발명은 이온전도성 멤브레인을 통한 기체이온의 교환 및 지지체 층에 의한 전자의 교환 반응을 통해 기체를 선택적으로 투과시키는 단위 단락 분리막을 연결 및 확장하기 위한 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈구조에 관한 것이다. 본 발명은 고온에서, 특히 CO2, H2O 분위기에서 화학적으로 안정한 형석(fluorite)계 이온전도성 멤브레인을 이용함으로써 탁월한 화학적, 기계적 내구성을 확보할 수 있으며, 외부에서 전압을 인가하지 않아도 내부 회로에 의해 기체투과가 일어나므로 저렴한 비용으로 순수한 기체를 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 판형 멤브레인을 적층함으로써 컴팩트한 기체제조 분리막 모듈을 구성하기에 용이하고, 지지체 공규의 간격, 너비 등을 조절함으로써 투과기구에서 전자의 전도도를 쉽게 변화시킬 수 있으므로, 기체 이온 투과도를 높일 수 있는 최적의 공정조건을 찾을 수 있다. 또한, 판형구조의 특성인 전해질의 두께를 줄일 수 있어 높은 투과율을 가지는 것이 가능하며, 금속을 제외한 지지체 및 전해질을 tape casting 방법으로도 제작할 수 있어 제조 공정이 간단하다는 장점이 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ion conductor support type gas separation membrane plate module structure for connecting and expanding a unit short separation membrane selectively permeating a gas through exchange of gas ions through an ion conductive membrane and exchange of electrons by a support layer . The present invention can provide excellent chemical and mechanical durability by using a fluorite ion conductive membrane which is chemically stable at a high temperature, especially in CO 2 and H 2 O atmospheres. The gas permeation occurs, and thus there is an advantage that a pure gas can be produced at a low cost. Further, by stacking the plate-shaped membranes, it is easy to construct a compact gas production membrane module, and the conductivity of the electrons can be easily changed in the permeation mechanism by adjusting the interval, width, etc. of the supports, Can be found. In addition, it is possible to reduce the thickness of the electrolyte, which is a characteristic of the plate-shaped structure, to have a high transmittance, and it is advantageous in that the manufacturing process is simple since the support and the electrolyte other than the metal can be manufactured by the tape casting method.

Description

기체분리막 판형 모듈 및 그 제조방법 {Gas Separation Membrane Planar Module and Fabrication Method Thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas separation membrane module,

본 발명은 이온전도성 멤브레인을 통한 기체이온의 교환 및 지지체 층에 의한 전자의 교환 반응을 통해 기체를 선택적으로 투과시키는 단위 단락 분리막을 연결 및 확장하기 위한 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈구조에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ion conductor support type gas separation membrane plate module structure for connecting and expanding a unit short separation membrane selectively permeating a gas through exchange of gas ions through an ion conductive membrane and exchange of electrons by a support layer .

기체 투과를 위한 이온 투과 세라막 분리막은 크게 순수 기체 이온 전도성 막과 이온-전자 혼합 전도(MIEC, mixed ionic-electronic conducting)막으로 구별된다. 순수 기체 이온 전도성막은 전류를 공급하기 위한 외부 전원과 전극이 필요하며, 기체이온의 투과량은 전류 공급에 의해 정밀하게 조절되고, 기체는 막의 양방향에 위치한 산소의 분압에 무관하게 어느 방향으로도 이동할 수 있다. 이에 비해 이온-전자 혼합 전도막은 외부전력 공급없이 기체의 압력차에 의해 기체이온과 전자를 투과시킨다. 이온-전자 혼합 전도막에는 주로 페롭스카이트(Perovskite) 단일상(single phase)으로 구성되어 기체이온과 전자를 모두 투과시키는 단일상 이온-전자 혼합 전도막과, 전자와 기체이온을 서로 다른 두개의 상으로 각각 투과시키는 이중상(dual phase) 이온-전자 혼합 전도막이 있으며, 상기 이중상 이온-전자 혼합 전도막은 전자를 투과시키는 전자 전도성 산화물 재료 또는 금속 상(metal phase) 및 이온을 투과시키는 형석구조 내지 형석 상(fluorite phase)을 포함한다. The ion-permeable ceramics membrane for gas permeation is largely classified into a pure gas ion conductive membrane and a mixed ionic-electronic conducting membrane (MIEC). The pure gas ion conductive membrane requires an external power source and an electrode to supply the current and the permeation amount of the gas ion is precisely controlled by the current supply and the gas can move in any direction regardless of the partial pressure of oxygen placed in both directions of the membrane have. In contrast, the ion-electron mixed conducting membrane transmits gas ions and electrons by the pressure difference of the gas without external power supply. The ion-electron mixed conducting membrane consists of a single phase ion-electron mixed conducting membrane composed mainly of perovskite single phase which permeates both gas ions and electrons and two single ion- Phase mixed ion conductive membrane, and the dual-phase ion-electron mixed conductive membrane is a dual-phase ion-electron mixed conductive membrane which permeates the two phases, respectively. The double phase ion-electron mixed conductive membrane is composed of an electron conductive oxide material or a metal phase, And a fluorite phase.

상기 단일상 이온-전자 혼합 전도막을 구성하는 페롭스카이트는 CO2, H2S, H2O, CH4 등의 산성 또는 환원성 기체가 존재하는 상황에서 상기 기체와 페롭스카이트의 산화물(oxide)이 반응하여 페롭스카이트 구조가 파괴되기 때문에 화학적으로 불안정하다. 즉, 대부분의 혼합전도성 산화물은 CO2나 H2O 가 존재하는 분위기에서 carbonate나 hydroxide 형태로 분해되는 문제가 있으므로 실제 공정조건에서 사용하기 어렵다.The perovskite constituting the single-phase ion-electron mixed conductive film may have an oxide or perovskite oxide in the presence of an acidic or reducing gas such as CO 2 , H 2 S, H 2 O, or CH 4 And is chemically unstable because the perovskite structure is destroyed by the reaction. That is, most of the mixed conductive oxides are decomposed into carbonate and hydroxide forms in the presence of CO 2 or H 2 O, and thus are difficult to be used in actual process conditions.

이중상 이온-전자 혼합 전도막은 상기 산성 또는 환원성 기체에 대해 본래적으로 강한 안정성을 가지는 형석구조 산화물을 가진다. 상기 이중상 이온-전자 혼합 전도막은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 금(Au) 또는 백금(Pt) 등으로부터 선택된 금속 상과, 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 사마륨 주입된 세리아(Sm-doped ceria, SDC), 또는 가돌리늄 주입된 세리아(GDC), LaGaO3 등으로부터 선택된 이온 전도 상을 포함한다. 상기 금속 상 및 이온 전도 상은 막을 가로질러 연결되는 경로가 있어야 하므로 비싼 값의 금속이 많이 소요됨은 물론 제조방법에 따라 전도성 문제가 있으며, 이로 인해 기체이온 투과율이 낮아지게 된다. The dual phase ion-electron mixed conducting membrane has a fluorite structure oxide which inherently has a strong stability against the acidic or reducing gas. The double phase ion-electron mixed conductive film may be formed of a metal phase selected from silver (Ag), palladium (Pd), gold (Au) or platinum (Pt), yttria- doped ceria (SDC), or gadolinium-doped ceria (GDC), LaGaO3, and the like. Since the metal phase and the ion conduction phase must be connected to each other across the membrane, a large amount of expensive metal is required. In addition, there is a conductivity problem depending on the manufacturing method, thereby lowering the gas ion permeability.

또한, 상기 이중상 이온-전자 혼합 전도막 중에서 전자전도성 산화물 (예, 페롭스카이트계 또는 스피넬(spinel)계)과 이온을 투과시키는 형석구조 내지 형석 상(fluorite phase)의 복합체는 전자 전도성을 가지는 치밀한 복합체 형태의 분리막을 제조하기 위해 소결이 필수적이다. 그러나, 소결을 하게되면 두 재료가 반응하는 문제를 피할 수 없으며 이로 인하여 기체이온 투과율이 낮아지게 된다. 즉, 이러한 방법은 치밀한 멤브레인을 제조하기 위해 열처리(소결)하는 과정에서 두가지 물질 사이에 반응에 의해 계면에서 절연층을 형성하게 되어, 기체투과도가 낮아지는 문제점(Kharton, SSI160(2003)247)이 있다.In addition, a complex of a fluorite phase or a fluorite phase which transmits an electron conductive oxide (for example, a perovskite system or a spinel system) and ions in the double phase ion-electron mixed conductive film may be a dense complex having electron conductivity Sintering is essential for the production of a separator of the form. However, when sintering is performed, the problem of reacting the two materials can not be avoided and the gas ion permeability is lowered. That is, this method has the problem that the gas permeability is lowered (Kharton, SSI 160 (2003) 247) since the insulating layer is formed at the interface by reaction between the two materials in the heat treatment (sintering) process for producing a dense membrane have.

따라서, 화학적 안정성과 기체이온 투과율 사이의 균형을 이루는 새로운 분리막에 대한 필요가 제기되었고, 이를 해결하기 위해 외부 단락(external short circuit)을 갖춘 이온 전도성 세라믹 분리막이 개발되었다. 치밀구조의 형석 상(fluorite phase) 전도막의 양면에 다공성 전기전도성 금속막이 코팅되고 양쪽 금속막에 외부로 전선이 연결되어, 상기 세라믹 분리막을 통한 기체이온 전도와 전선을 통한 전자 전도(Galvanic 방식)가 일어나는 단락 분리막(Short circuit membrane)이 된다. Accordingly, a need has arisen for a new membrane that balances chemical stability and gas ion permeability, and an ion conductive ceramic membrane with an external short circuit has been developed to overcome this. A porous electroconductive metal film is coated on both sides of a fluorite phase conductive film having a dense structure and a wire is connected to the both metal films externally so that gas ion conduction through the ceramic separator and electron conduction through a wire It becomes a short circuit membrane.

상기 외부로 연결된 전선의 역할은 상기 금속막이 코팅된 세라믹 분리막으로 분리된 두개의 서로 다른 기체사이의 밀봉을 위한 은(Ag) 등의 금속 페이스트가 세라믹 분리막 양단에 코팅된 금속에 전기적으로 접촉하면 대신할 수 있다. 하지만 기존의 외부 단락을 갖춘 분리막은 이온 전도성 세라믹 지지체이기 때문에 이 재료의 두께를 얇게 하는데 한계가 있다. 또한 대면적화를 하면 전자의 전도경로(conduction path)가 길어져, 저항이 증가하므로 높은 투과도를 얻을 수 없으며, 전도성 밀봉소재로서 Ag, Pt, Au 와 같은 금속을 사용해야 하므로 제조단가가 높아지는 문제점이 있다. 따라서 이온 전도막의 두께를 줄이면서 대면적이 가능한 저 제조비용의 단락분리막을 구현할 수 있는 기술개발이 요구된다. The role of the externally connected electric wire is that when a metal paste such as silver (Ag) for sealing between two different gases separated by the ceramic membrane coated with the metal film is electrically contacted with a metal coated on both ends of the ceramic membrane can do. However, since the separator with an external short circuit is an ion-conductive ceramic support, there is a limit to the thickness of this material. Also When the surface is large, the conduction path of the electrons becomes long and the resistance increases. As a result, a high permeability can not be obtained, and metal such as Ag, Pt, and Au is used as a conductive sealing material. Therefore, it is required to develop a technology capable of realizing a short-circuit separator having a low manufacturing cost and a large area while reducing the thickness of the ion conductive film.

지금까지 단막 분리막의 판형 모듈화에 대한 개념은 보고되지 않았고, 또한, 모듈을 구성함에 있어서 종래의 기술은 판형구조를 기본으로 하고 있으며, Galvanic 방식의 경우 외부에서 전압을 인가해주어야 하므로 별도의 전기에너지가 소모되어 산소제조비용이 높아지는 문제점이 있다. 미국특허 US 6,565,632에서 개시된 원통형 멤브레인의 경우에도 단위 부피 내에 멤브레인 면적이 작기 때문에 대면적, 대용량 기체제조 모듈을 제조하고자 할 때, 기체제조설비가 차지하는 설비비용이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 보다 컴팩트한 구조의 멤브레인 모듈을 제조할 필요가 제기되고 있다.
The concept of plate-type modularization of monolayer membranes has not been reported so far. Also, in the construction of the module, the conventional technology is based on the plate-type structure. In the case of the Galvanic method, since external voltage must be applied, There is a problem that the production cost of oxygen is increased. In the case of the cylindrical membrane disclosed in U.S. Patent No. 6,565,632, since the membrane area is small in the unit volume, there is a problem in that the facility cost of the gas production facility increases when the large-area, large-capacity gas production module is manufactured. Therefore, there is a need to manufacture a membrane module with a more compact structure.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 이온전도성 멤브레인을 통한 기체이온의 교환 및 지지체 층에 의한 전자의 교환 반응을 통해 기체를 선택적으로 투과시키는 단위 단락 분리막을 연결 및 확장하기 위한 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈구조를 제공한다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for connecting and expanding a unit short separation membrane selectively permeating a gas through exchange of a gas ion through an ion conductive membrane, The present invention provides an ion conductor support type gas separation membrane type module structure.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 공규를 가진 다공질의 치밀한 지지체 상면에 전해질층인 기체분리막이 있고, 상기 전해질층인 기체분리막 양면에 다시 촉매층인 다공성 전극 활성층이 코팅되어 있는 분리막 구조를 취해, 전도성 지지체를 통해 상기 기체분리막 양면에 위치한 다공성 전극 활성층 사이에 통전이 일어나도록 구성된 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 구성하는 방안을 채택함으로써, 기체투과 효율을 극대화할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have proposed a separator structure in which a gas separation membrane, which is an electrolyte layer, is formed on a porous dense support having a congruent structure and a porous electrode active layer as a catalyst layer is coated on both surfaces of the electrolyte membrane, It has been found that the gas permeation efficiency can be maximized by adopting a method of constructing an ion conductor support type gas separation membrane plate type module in which electricity is generated between the porous electrode active layers located on both sides of the gas separation membrane through a conductive support. I have come to completion.

본 발명은, 복수개의 공규가 형성된 판형 치밀구조 전도성 지지체; 상기 복수개의 공규가 형성하는 각각의 공간을 상기 지지체 상면에 접하며 덮고, 서로 분리되어 위치하는 복수개의 판형 기체 분리막; 상기 판형 기체분리막 및 상기 지지체의 상면에 접하는 상부 다공성 전극활성층; 및 상기 판형 기체분리막의 하면과 상기 지지체의 공규 내측면 상부에 접하여 위치하는 하부 다공성 전극활성층을 포함하고, 상기 상부 다공성 전극활성층은 지지체층을 통해 상기 하부 다공성 전극활성층으로 통전되는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다. The present invention relates to a planar compact structure conductive support having a plurality of constriction formed therein; A plurality of plate-type gas separation membranes, each of the spaces formed by the plurality of cavities being in contact with and covering the upper surface of the support; An upper porous electrode active layer contacting the upper surface of the plate-type gas separation membrane and the support; And a lower porous electrode active layer positioned in contact with a lower surface of the plate-like gas-containing membrane and an upper portion of a common internal surface of the support, wherein the upper porous electrode active layer is electrically connected to the lower porous electrode active layer through a support layer, Gas separation membrane module.

본 발명은 또한, 상기 판형 치밀구조 전도성 지지체는 금속, 서멧(Cermet), 및 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다. The present invention also provides an ion conductor-supported gasketing plate-type module wherein the plate-like dense structure conductive support is selected from metals, cermets, and electron conductive metal oxides.

본 발명은 또한, 상기 금속은 니켈, 니켈 합금, 철계 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금 중에서 선택되는 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다.The present invention also provides an ion conductor-supported gas separation membrane-type module wherein the metal is selected from nickel, a nickel alloy, an iron-based alloy and an iron-nickel-chromium-based alloy.

본 발명은 또한, 상기 다공성 전극활성층은 다공성 금속, 다공성 서멧(Cermet), 및 다공성 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다.The present invention also provides an ion conductor-supported separator membrane-type module, wherein the porous electrode active layer is selected from a porous metal, a porous cermet, and a porous, electronically conductive metal oxide.

본 발명은 또한, 상기 서멧은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 산소분리막 재료 및 수소분리막 재료 중에서 선택된 하나의 복합체이고, 상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고, 상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다. The cermet may be one selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-based alloy, and an oxygen separation membrane material and a hydrogen separation membrane material. The oxygen separation membrane may include yttria-stabilized zirconia (YSZ) , Scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped-Ceria, and lanthanum gallates. Wherein the hydrogen separation membrane is made of at least one selected from Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 and La 2 Ce 2 O 7 The present invention provides an ion conductor support type gas separation membrane plate module.

본 발명은 또한, 상기 다공성 금속은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나인, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다. The present invention also provides an ion conductor-supported gasketing plate-type module, wherein said porous metal is one selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-based alloy.

본 발명은 또한, 상기 니켈 합금은 인코넬이고, 철-니켈-크로뮴계 합금은 스테인레스인, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다. The present invention also provides an ion conductor supported gas separation membrane type module wherein the nickel alloy is Inconel and the iron-nickel-chromium alloy is stainless steel.

본 발명은 또한, 상기 전자전도성 금속산화물은 페로브스카이트 계열인, 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트 (Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 스피넬 계 산화물인 망간 페라이트 (MnFe2O4), 및 니켈 페라이트( NiFe2O4)중에서 선택되는 하나 이상인, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the electron conductive metal oxide is selected from the group consisting of perovskite series, lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium manganite (MnFe 2 O 4 ), and nickel ferrite (NiFe 2 O 4 ), which are spinel type oxides, can be used as a raw material for the ferroelectric material, such as LSM, lanthanum strontium chromium (LSCr), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) Wherein at least one selected from the group consisting of the ionic conductor-supported gas-separation membrane-type module and the ionic conductor-supported gas-

본 발명은 또한, 상기 기체분리막은 두께가 200μm이하인 산소분리막이고, 상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다.The oxygen separation membrane may be formed of yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia injection There is provided an ion conductor-supported type gas separation membrane-type module comprising at least one material selected from the group consisting of gadolinia doped-ceria (GDC), smaria doped-ceria, and lanthanum gallates.

본 발명은 또한, 상기 기체분리막은 두께가 150m이하인 수소분리막이고, 상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제공한다.The gas separation membrane is a hydrogen separation membrane having a thickness of 150 m or less. The hydrogen separation membrane is made of at least one material selected from the group consisting of Perovskite series SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, Pyrochlore series La2Zr2O7, La2Ce2O7, An ion conductor support type gas separation membrane plate module is provided.

본 발명은 또한, 테이프 캐스팅(Tape Casting) 공정을 이용하여 복수개의 공규가 있는 판형 치밀구조 전도성 지지체 테이프(tape)를 제조하는 단계; 복수개의 기체분리막 테이프로 상기 복수개의 공규를 덮되, 각각의 상기 기체분리막이 서로 분리되어 위치하도록 상기 판형 치밀구조 전도성 지지체 테이프 상면에 적층하는 단계; 상기 적층하는 단계를 거친 후 치밀화를 위해, 상기 기체분리막 테이프와 상기 판형 다공전도성 지지체 테이프를 1200 내지 1500℃에서 동시소결하는 단계; 및 상기 공규를 덮은 기체분리막의 상면과 상기 지지체의 상면 및 상기 공규 내부에 노출된 기체분리막의 하면과 상기 공규의 내측면 상부에 다공성 전극활성층을 코팅하는 단계를 포함하는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method of manufacturing a flattened conductive support tape, comprising: fabricating a plurality of flattened dense structure conductive support tapes using a tape casting process; Stacking the plurality of gasketing tapes on the upper surface of the plate-shaped dense structure conductive support tape so as to cover the plurality of plumes and separate the gasketing membranes from each other; Simultaneously sintering the gas separation membrane tape and the plate-like porous conductive support tape at a temperature of 1200 to 1500 ° C for densification after the laminating step; And coating the porous electrode active layer on the upper surface of the gas separation membrane covering the air gap, the upper surface of the support, and the lower surface of the gas separation membrane exposed to the inside of the air gap and the upper surface of the inner surface of the air gap. A method of manufacturing a plate-shaped module is provided.

본 발명은 또한, 상기 판형 치밀구조 전도성 지지체는 서멧(Cermet), 및 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing an ion conductor-supported gas-liquid separation plate-type module, wherein the plate-type dense structure conductive support is selected from a cermet and an electron conductive metal oxide.

본 발명은 또한, 니켈, 니켈 합금, 철계 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금 중에서 선택되는 중에서 선택되고, 복수개의 공규가 있는 판형 금속을 준비하는 단계; 복수개의 기체분리막 테이프를 1200 내지 1500℃에서 소결하는 단계; 상기 소결된 복수개의 기체분리막이 상기 판형 금속의 복수개의 공규를 덮되, 각각의 상기 기체분리막이 서로 분리되어 위치하도록 전도성 페이스트(예: silver paste) 등 전도성 페이스트를 이용하여 접합하는 단계; 및 상기 공규를 덮은 기체분리막의 상면과 상기 지지체의 상면 및 상기 공규 내부에 노출된 기체분리막의 하면과 상기 공규의 내측면 상부에 다공성 전극활성층을 코팅하는 단계를 포함하는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a metal plate, comprising the steps of: preparing a plate-shaped metal selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, an iron-based alloy and an iron-nickel- Sintering a plurality of gasketing tapes at 1200 to 1500 占 폚; Bonding the plurality of sintered gas separation membranes to each other using a conductive paste such as a silver paste so that the plurality of gas separation membranes cover a plurality of plumes of the plate-shaped metal and that the gas separation membranes are separated from each other; And coating the porous electrode active layer on the upper surface of the gas separation membrane covering the air gap, the upper surface of the support, and the lower surface of the gas separation membrane exposed to the inside of the cavity and the inner surface of the contraction, A method of manufacturing a plate-shaped module is provided.

본 발명은 또한, 상기 니켈 합금은 인코넬이고, 상기 철-니켈-크로뮴계 합금은 스테인레스인, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing an ion conductor supported gas separation membrane-type module wherein the nickel alloy is Inconel and the iron-nickel-chromium alloy is stainless steel.

본 발명은 또한, 상기 다공성 전극활성층은 다공성 금속, 다공성 서멧(Cermet), 및 다공성 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing an ion conductor-supported gasketing plate-type module, wherein the porous electrode active layer is selected from a porous metal, a porous cermet, and a porous electronically conductive metal oxide.

본 발명은 또한, 상기 서멧은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 산소분리막 재료 및 수소분리막 재료 중에서 선택된 하나의 복합체이고, 상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고, 상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다. The cermet may be one selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-based alloy, and an oxygen separation membrane material and a hydrogen separation membrane material. The oxygen separation membrane may include yttria-stabilized zirconia (YSZ) , Scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped-Ceria, and lanthanum gallates. Wherein the hydrogen separation membrane is made of at least one selected from Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 and La 2 Ce 2 O 7 The present invention also provides a method of manufacturing an ion conductor support type gas separation membrane plate module.

본 발명은 또한, 상기 니켈 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금은 인코넬 및 스테인레스인 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a gas separation membrane-type module, wherein the nickel alloy and the iron-nickel-chromium-based alloy support an ion conductor such as Inconel and stainless steel.

본 발명은 또한, 상기 전자전도성 금속산화물은 페로브스카이트 계열인, 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트 (Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 스피넬 계 산화물인 망간 페라이트 (MnFe2O4), 및 니켈 페라이트( NiFe2O4)중에서 선택되는 하나 이상인, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the electron conductive metal oxide is selected from the group consisting of perovskite series, lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium manganite (MnFe 2 O 4 ), and nickel ferrite (NiFe 2 O 4 ), which are spinel type oxides, can be used as a raw material for the ferroelectric material, such as LSM, lanthanum strontium chromium (LSCr), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) Wherein at least one of the ionic conductor supporting type gas separation membrane module and the ionic conductor supporting type gas separation membrane module is formed.

본 발명은 또한, 상기 기체분리막은 산소분리막이고, 상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다.The present invention is also directed to a gas separation membrane characterized in that the gas separation membrane is an oxygen separation membrane and the oxygen separation membrane is selected from the group consisting of yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped the present invention provides a method of manufacturing an ion conductor-supported gas-liquid separation membrane-type module, which comprises at least one material selected from the group consisting of sodium hypochlorite, sodium hypochlorite, ceria, GDC, Smaria doped-Ceria and Lanthanum gallates.

본 발명은 또한, 상기 기체분리막은 수소분리막이고, 상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는, 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈의 제조방법을 제공한다.
The gas separation membrane may be a hydrogen separation membrane, and the hydrogen separation membrane may be made of Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 , La 2 Ce 2 O 7 , comprising the steps of: (a) providing an ionic conductor-supported gasketing plate-shaped module,

본 발명은 고온에서, 특히 CO2, H2O 분위기에서 화학적으로 안정한 형석(fluorite)계 이온전도성 멤브레인을 이용함으로써 탁월한 화학적, 기계적 내구성을 확보할 수 있으며, 외부에서 전압을 인가하지 않아도 내부 회로에 의해 기체투과가 일어나므로 저렴한 비용으로 순수한 기체를 제조할 수 있는 장점이 있다. 판형 멤브레인을 적층함으로써 컴팩트한 기체제조 분리막 모듈을 구성하기에 용이하고, 지지체 공규의 간격, 너비 등을 조절함으로써 투과기구에서 전자의 전도도를 쉽게 변화시킬 수 있으므로, 기체 이온 투과도를 높일 수 있는 최적의 공정조건을 찾을 수 있다. 또한, 판형구조의 특성인 전해질의 두께를 줄일 수 있어 높은 투과율을 가지는 것이 가능하며, 지지체 및 전해질을 tape casting으로 제작할 수 있어 제조 공정이 간단하다는 장점이 있다.
The present invention can provide excellent chemical and mechanical durability by using a fluorite ion conductive membrane which is chemically stable at a high temperature, especially in CO 2 and H 2 O atmospheres. The gas permeation occurs, and thus there is an advantage that a pure gas can be produced at a low cost. It is easy to construct a compact gas production membrane module by laminating plate type membranes and it is possible to easily change the conductivity of electrons in the permeation mechanism by adjusting the interval, Process conditions can be found. In addition, it is possible to reduce the thickness of the electrolyte, which is a characteristic of the plate-shaped structure, to have a high transmittance, and it is advantageous in that the manufacturing process is simple since the support and the electrolyte can be manufactured by tape casting.

도 1은 이온전도성 분리막을 이용한 기체 분리과정의 일 예로, 산소 분리 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2의 (a)는 외부전원을 구비한 순수 기체 전도성 분리막, (b)는 혼합 전도성 분리막, (c)는 이중 상(dual phase) 분리막, (d)는 단락(short circuit) 분리막을 나타내는 개략도이다.
도 3은 다공 전도성 지지체를 이용하여 만든 판형 기체분리막 모듈 단면 구조를 나타낸 개략도이다.
도 4는 판형 산소분리막 모듈에서의 산소이온 및 전자 전달 기구를 나타내는 모식도이다.
도 5는 판형 수소분리막 모듈에서의 산소이온 및 전자 전달기수를 나타내는 모식도이다.
도 6a는 이온전도체 지지형 판형 단위 모듈, 도 6b는 상기 단위 모듈을 직렬로 연결한 모듈을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing an oxygen separation process as an example of a gas separation process using an ion conductive separator.
(B) a mixed conductive separator, (c) a dual phase separator, and (d) a schematic diagram showing a short circuit separator. FIG. 2A is a schematic view showing a pure gas conductive separator having an external power source, to be.
3 is a schematic view showing a sectional structure of a plate-type gas separation membrane module formed using a porous conductive support.
4 is a schematic diagram showing an oxygen ion and an electron transfer mechanism in the plate-shaped oxygen separation membrane module.
5 is a schematic diagram showing the oxygen ions and the number of electron transfer groups in the plate-shaped hydrogen separation membrane module.
FIG. 6A is a schematic view showing an ion conductor-supported plate-type unit module, and FIG. 6B is a schematic view showing a module in which the unit modules are connected in series.

이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

여기서, 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Here, in the entire drawings for explaining the embodiments of the present invention, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

본원에서 사용된 용어 "공규"는 뚫어졌거나 파낸 자리를 의미한다. 복수개의 공규가 형성된 판형 구조물은 예를 들어 창틀과 같은 형상을 갖는다.As used herein, the term " contiguous "means a punched or punched spot. The plate-like structure having a plurality of constructions is shaped like a window frame, for example.

분리막이란 2상 사이에서 물질의 이동을 선택적으로 제한하는 기능을 갖는 재질의 계면(Interphase)이라고 정의될 수 있다. 최근 산업의 고도화 및 다변화로 인한 고순도, 고품위의 제품이 요구됨에 따라 분리공정은 대단히 중요한 공정으로 인식되고 있어 화학공업, 식품공업, 약품공업등의 공업분야 뿐만 아니라 의료, 생화학 및 환경분야에 이르기까지 중요한 연구과제가 되고 있다. The separation membrane can be defined as an interface (material) having a function of selectively restricting the movement of a substance between two phases. With the recent demand for high-purity and high-quality products due to the advancement and diversification of industries, the separation process is recognized as a very important process. Therefore, not only industrial fields such as chemical industry, food industry and pharmaceutical industry, but also medical, biochemical and environmental fields It is becoming an important research subject.

막을 이용한 기체분리는 막에 대한 선택적인 가스투과원리에 의하여 진행된다. 즉 기체혼합물이 막표면에 접촉하였을때 기체성분은 막속으로 용해, 확산하게 되는데 이때 각각의 기체성분의 용해도와 투과도는 막물질에 대하여 서로 다르게 나타나게 된다. 기체분리에 대한 추진력은 막 양단에 가해지는 특정기체성분에 대한 분압차이다. 특히 분리막을 이용한 막분리공정은 상(Phase)변화가 없고 에너지 소모가 적은 장점 때문에 여러분야에서 광범위하게 응용되고 있다. Gas separation using membranes proceeds by selective gas permeation principle for membranes. That is, when the gas mixture contacts the surface of the membrane, the gas component dissolves and diffuses into the membrane, where the solubility and permeability of each gas component are different for the membrane material. The propulsive force for gas separation is the partial pressure difference for the particular gas component applied across the membrane. In particular, the membrane separation process using a separation membrane has been widely used in various fields because it has no phase change and energy consumption is low.

본 발명은 치밀구조의 형석 상(fluorite phase) 이온전도막의 양면에 다공 전기전도성 산화물(예: 페롭스카이트계 또는 스피넬(spinel)계) 또는 다공 금속막이 위치하고 상기 전도막의 양면에 위치한 전기전도성 막이 치밀구조 지지체를 통해 전기적으로 연결되는, 기체 분리용 전극지지형 단락 분리막 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모듈은 복수개의 공규가 형성된 판형 치밀구조 전도성 지지체, 상기 다공 전도성 지지체 상면에 형성된 기체분리막, 상기 기체분리막 양면에 위치하는 다공성 전극 활성화층을 포함한다.The present invention is characterized in that a porous electroconductive oxide (for example, a perovskite system or a spinel system) or a porous metal film is disposed on both sides of a dense fluorite ion conductive film and an electroconductive film located on both sides of the conductive film has a dense structure The present invention relates to an electrode-supported short-circuit separator module for gas separation, which is electrically connected through a support. According to an embodiment of the present invention, the module includes a plurality of contiguous plate-shaped dense structure conductive supports, a gas separation membrane formed on the upper surface of the porous conductive support, and a porous electrode activation layer located on both sides of the gas separation membrane.

도 1은 이온전도성 분리막을 이용한 기체 분리 과정의 일 예인 산소 분리 과정을 나타낸 것으로, 공기가 공급되는 면에서 산소가 음이온으로 되어 이온전도성 분리막을 투과하고 동시에 전자가 함께 이동하되, 높은 압력과 높은 온도가 분리에 필요한 에너지를 공급하는 페롭스카이트형 분리막을 사용한 산소분리기의 개념을 설명한다. 고온, 고압상태의 산소 혼합기체가 이온화되어 분리막을 통과한 뒤 전자를 내놓고 산소기체로 분리되며, 전자는 산소이온과 반대방향으로 이동한다.FIG. 1 shows an oxygen separation process, which is an example of a gas separation process using an ion conductive separator. In the oxygen separator process, oxygen is converted into an anion through the ion conductive membrane to simultaneously move electrons, Describes the concept of an oxygen separator using a perovskite-type membrane that supplies the energy required for separation. The oxygen mixed gas at high temperature and high pressure is ionized, passes through the separation membrane, releases electrons and is separated into oxygen gas, and the electrons move in the direction opposite to the oxygen ion.

도 2는 여러 형태의 기체분리막 구조의 일 예로 산소분리막 구조를 나타낸다. 각각의 기체분리막 구조는 이온과 전자의 투과 중 특히 전자의 투과를 어떤 방식으로 일어나도록 하게 할 것인가에 따른 기술적 특징을 중심으로 해서 서로 구별된다. 도 2의 (a)는 전류를 공급하기 위한 외부 전원과 전극이 필요한 순산소분리막이다. 순산소분리막에서 산소이온 투과량은 전류 공급에 의해 정밀하게 조절되고, 산소는 막의 양방향에 위치한 산소분압에 무관하게 어느 방향으로도 이동할 수 있다. 도 2의 (b)는 주로 페롭스카이트(Perovskite) 단일상(single phase)으로 구성되어 산소이온과 전자를 모두 투과시키는 단일상 이온-전자 혼합 전도막을 나타낸다. 도 2의 (c)는 전자와 산소이온을 서로 다른 두개의 상으로 각각 투과시키는 이중상(dual phase) 이온-전자 혼합 전도막을 도시한다. 도 2의 (d)는 화학적 안정성과 산소이온 투과율 사이의 균형을 이루는 새로운 분리막을 구현하기 위한, 단락(short circuit)을 갖춘 이온 전도성 세라믹 분리막이다. 본 발명은 상기 도 2의 (d)에 도시된 단락형(short circuit) 분리막을 이용한 산소분리용 전극지지형 단락 분리막 모듈에 관한 것이다.FIG. 2 shows an oxygen separation membrane structure as one example of various types of gas separation membrane structures. Each gas separation membrane structure is distinguished from the other by focusing on technical characteristics depending on how the permeation of ions and electrons, particularly, the transmission of electrons, will occur. 2 (a) is a pure oxygen separator which requires an external power source and an electrode to supply a current. The oxygen ion permeation amount in the pure oxygen separator is precisely controlled by the current supply, and the oxygen can move in either direction irrespective of the oxygen partial pressure located in both directions of the membrane. FIG. 2 (b) shows a single-phase ion-electron mixed conducting membrane which is composed of a single phase of perovskite and permeates both oxygen ions and electrons. FIG. 2 (c) shows a dual phase ion-electron mixed conducting film which transmits electrons and oxygen ions to two different phases, respectively. FIG. 2 (d) is an ion conductive ceramic separator with a short circuit for realizing a new separator that balances chemical stability and oxygen ion permeability. The present invention relates to an electrode-supported short-circuit separator module for oxygen separation using the short circuit separator shown in FIG. 2 (d).

종래기술 (d)는 이온 전도성 분리막 지지체이기 때문에 이 재료의 두께 (통상적: 300μm~1mm) 를 얇게 하는데 한계가 있어 높은 산소 투과율을 얻기 어려우며, 전도성 밀봉소재로 Ag, Pt, Au 와 같은 금속을 사용해야 해서 제조단가가 높아진다는 문제점이 있다. 또한, 대면적화를 하면 전자의 전도경로(conduction path)가 길어져서 저항이 증가하므로 높은 투과도를 얻기 어렵다.Since the prior art (d) is an ion conductive separator support, it is difficult to obtain a high oxygen permeability because of the limited thickness of the material (typically 300 탆 to 1 mm), and it is necessary to use a metal such as Ag, Pt or Au as a conductive sealing material So that the manufacturing cost is increased. In addition, when the surface is large, the conduction path of the electrons becomes longer and the resistance increases, so that it is difficult to obtain high transmittance.

도 3은 본 발명의 전도성 지지체를 이용하여 만든 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈 단면 구조를 나타낸 것이다. 상기 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈은 복수개의 공규가 형성된 판형 치밀구조 전도성 지지체(10); 상기 복수개의 공규가 형성하는 각각의 공간을 상기 지지체 상면에 접하며 덮고, 서로 분리되어 위치하는 복수개의 판형 기체 분리막(20); 상기 판형 기체분리막 및 상기 지지체의 상면에 접하는 상부 다공성 전극활성층(30); 및 상기 판형 기체분리막의 하면과 상기 지지체의 공규 내측면 상부에 접하여 위치하는 하부 다공성 전극활성층(40)을 포함하고, 상기 상부 다공성 전극활성층은 지지체층을 통해 상기 하부 다공성 전극활성층으로 통전된다. 3 is a cross-sectional view of an ion conductor support type gas separation membrane module using a conductive support of the present invention. The ion conductor support type gas separation membrane plate module includes a plurality of contiguous plate-shaped dense structure conductive supports (10); A plurality of plate-shaped gas separation membranes (20) disposed in contact with the upper surface of the support and separated from each other by spaces formed by the plurality of constructions; An upper porous electrode active layer (30) in contact with the upper surface of the plate type gas separation membrane and the support; And a lower porous electrode active layer (40) positioned in contact with a lower surface of the plate-shaped gas separation membrane and an upper portion of a common inner side surface of the support, and the upper porous electrode active layer is energized to the lower porous electrode active layer through a support layer.

상기 판형 치밀구조 전도성 지지체(10)는 모듈의 프레임을 형성하며 2개 이상의 단위모듈을 연결하므로 전기전도성이 있는 물질로 구성된다. 본 발명의 일 구현예에서 사용되는 판형 치밀구조 전도성 지지체는 금속, 금속과 기체분리막 재료 복합체인 서멧(Cermet), 또는 전자전도성 금속산화물로 이루어진다. The plate-like dense structure conductive support 10 forms a frame of a module and is composed of a material having electrical conductivity because it connects two or more unit modules. The planar dense structure conductive support used in one embodiment of the present invention is made of a metal, a metal and a gas separation membrane material complex, a cermet, or an electron conductive metal oxide.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 금속은 치밀구조를 가질뿐 아니라 전기전도성도 뛰어나기 때문에 니켈, 니켈 합금, 철계 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금 중에서 선택된다.In one embodiment of the invention, the metal is selected from nickel, nickel alloys, iron-based alloys and iron-nickel-chromium-based alloys because they have a dense structure and are also excellent in electrical conductivity.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 서멧 (Cermet)은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택되는 하나와 산소분리막 재료 및 수소분리막 재료 중에서 선택된 하나의 복합체이고, 상기 산소분리막 재료는 이트리아 안정지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고, 상기 수소분리막 재료는 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어진다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 서멧은 복합체로 형성되는 소결공정을 고온으로 진행하여 치밀구조를 형성하게 된다. In one embodiment of the present invention, the cermet is a complex selected from one selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-based alloy, an oxygen separation membrane material and a hydrogen separation membrane material and the oxygen separation membrane material is ytria- stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped-Ceria, and lanthanum gallate (Lanthanum gallates), and the hydrogen separation membrane material is composed of Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 , La 2 Ce 2 O 7 . In one embodiment of the present invention, the cermet proceeds to a sintering process formed at a high temperature to form a dense structure.

본원의 일 구현예에서 상기 니켈합금은 인코넬(Inconel)로, 상기 인코넬은 니켈을 주체로 하여 15%의 크로뮴, 67%의 철, 2.5%의 타이타늄, 1% 이하의 알루미늄망가니즈규소를 첨가한 내열합금이다. In one embodiment of the present invention, the nickel alloy is Inconel, and the Inconel is a nickel-based alloy containing 15% chromium, 67% iron, 2.5% titanium, less than 1% aluminum manganese silicon It is a heat resistant alloy.

또한 철-니켈-크로뮴계의 합금은 스테인레스로 전도성이 있는 내열합금이다. Iron-nickel-chromium-based alloys are stainless steel-based heat-resistant alloys.

또한, 상기 전자전도성 금속산화물에는 페로브스카이트 계열인, 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트 (Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 스피넬 계 산화물인 망간 페라이트 (MnFe2O4), 니켈 페라이트( NiFe2O4) 등이 있고, 본 발명의 일 구현예에서는 치밀구조 형성을 위해 고온공정에서 소결한다. The electron conductive metal oxide may include at least one selected from the group consisting of perovskite type lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium manganite (LSM) Lanthanum strontium chromite (LSCr), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), spinel oxide (MnFe 2 O 4 ), nickel ferrite (NiFe 2 O 4 ) In one embodiment of the present invention, sintering is performed in a high temperature process to form dense structures.

상기 기체분리막(20) 및 지지체(10) 상면에 형성된 촉매층인 상부 다공성 전극 활성층(30)은 상기 지지체를 통해 상기 판형 기체분리막의 하면과 상기 지지체의 공규 내측면 상부에 접하여 위치하는 하부 다공성 전극활성층(40)과 전기적으로 연결된다. 상기 상부 다공성 전극 활성층(30) 및 상기 하부 다공성 전극 활성층(40)은 다공성 금속, 다공성 서멧(cermet), 및 다공성 구조의 전자전도성 금속산화물 중에서 선택된 물질로 이루어진다. The upper porous electrode active layer 30, which is a catalyst layer formed on the upper surface of the gas separator 20 and the support body 10, is bonded to the lower porous electrode active layer 30, which is positioned in contact with the lower surface of the plate- (Not shown). The upper porous electrode active layer 30 and the lower porous electrode active layer 40 are made of a material selected from a porous metal, a porous cermet, and a porous structure of an electron conductive metal oxide.

상기 다공성 금속은 니켈, 니켈 합금, 철계 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금 중에서 선택된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 니켈 합금은 인코넬이다. The porous metal is selected from nickel, a nickel alloy, an iron-based alloy, and an iron-nickel-chromium-based alloy. In one embodiment of the invention, the nickel alloy is inconel.

상기 금속과 기체분리막 재료 복합체인 다공성 서멧 (Cermet)은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택되는 하나와 산소분리막 재료 및 수소분리막 재료 중에서 선택된 하나의 복합체이고, 상기 산소분리막은 이트리아 안정지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고, 상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어진다. 본 발명의 일 구현예에서는 상기 복합체 소결의 온도를 조절하여 다공성 서멧을 얻고, 상기 다공성 서멧은 높은 기공률과 우수한 압축강도를 나타내는 복합체이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 니켈 합금은 인코넬이다. The porous cermet, which is a composite material of a metal and a gas separation membrane material, is a composite selected from a material selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-based alloy, an oxygen separation membrane material and a hydrogen separation membrane material, and the oxygen separation membrane is selected from the group consisting of yttria-stabilized zirconia yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped-ceria, and lanthanum gallate Lanthanum gallates, and the hydrogen separation membrane is made of Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 , La 2 Ce 2 O 7 . In one embodiment of the present invention, the temperature of the sintering of the composite is controlled to obtain a porous cermet, and the porous cermet is a composite exhibiting a high porosity and an excellent compressive strength. In one embodiment of the invention, the nickel alloy is inconel.

또한, 상기 전자전도성 금속산화물에는 페로브스카이트 계열인, 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트 (Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 스피넬 계 산화물인 망간 페라이트 (MnFe2O4), 니켈 페라이트( NiFe2O4) 등이 있고, 이 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지며, 본 발명의 일 구현예에서는 소결조건을 조절하여 높은 기공률과 우수한 압축강도를 나타내도록 한다.The electron conductive metal oxide may include at least one selected from the group consisting of perovskite type lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium manganite (LSM) Lanthanum strontium chromite (LSCr), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), spinel oxide (MnFe 2 O 4 ), nickel ferrite (NiFe 2 O 4 ) In one embodiment of the present invention, sintering conditions are controlled to exhibit high porosity and excellent compressive strength.

도 4는 산소 분리공정을 개략적으로 나타낸다. 산소 이온은 높은 산소분압 상태인 판형 모듈 하부에서 낮은 산소분압 상태인 판형 모듈 상부 방향으로 상기 산소분리막을 음이온인 산소 이온 형태로 투과(51)하며 전자는 지지체를 통해서 상기 상부 다공성 전극활성층과 촉매층인 상기 하부 다공성 전극활성층 사이를 산소이온과 반대방향인 상부로부터 하부를 향한 방향으로 흐른다(52). 산소를 포함하는 가스 혼합물을 판형 모듈 하부로 넣게 되면 상기 하부 다공성 전극활성층을 통해 상기 가스 혼합물이 산소분리막에 도달하고 상기 산소분리막에서 산소는 전자를 얻어 산소이온이 된다. 산소이온이 산소분리막을 투과하여 촉매층인 다공성 전극활성층에 도달하여 전자를 내놓고 이때 산소이온에서 분리된 전자는 지지체를 통해 상부 다공성 전극활성층에서 하부 다공성 전극활성층으로 산소이온과 반대방향으로 이동한다. 본 발명의 일 실시예에서는 이온전도성 산소분리막 두께를 200μm이하로 하여 높은 투과율을 얻을 수 있다. Figure 4 schematically shows an oxygen separation process. The oxygen ion is permeated (51) in the form of oxygen ion, which is an anion, in the direction of the upper part of the plate type module, which is a low oxygen partial pressure state in the lower part of the plate type module having a high oxygen partial pressure state. (52) between the lower porous electrode active layer in a direction from the upper side to the lower side opposite to the oxygen ion. When the gas mixture containing oxygen is placed under the plate-type module, the gas mixture reaches the oxygen separation membrane through the lower porous electrode active layer, and oxygen in the oxygen separation membrane acquires electrons to become oxygen ions. Oxygen ions permeate through the oxygen separator to reach the porous electrode active layer, which is a catalytic layer, to emit electrons. At this time, electrons separated from oxygen ions migrate from the upper porous electrode active layer to the lower porous electrode active layer in the direction opposite to the oxygen ion. In one embodiment of the present invention, the thickness of the ion conductive oxygen separation membrane is 200 mu m or less, and a high transmittance can be obtained.

상기 서멧은 메탄(CH4)을 포함하는 천연가스 개질 공정에서 서멧전극에 메탄 등의 가스를 주입하면 산소의 투과로 합성가스인 H2와 CO로 개질되도록 한다. In the natural gas reforming process including methane (CH 4 ), the cermet is injected with methane gas into the cermet electrode, so that it is converted into synthesis gas of H 2 and CO by permeation of oxygen.

도 5는 수소 분리 공정을 개략적으로 나타낸다. 수소 이온은 높은 수소분압 상태인 판형 모듈 하부에서 낮은 수소분압 상태인 판형 모듈 상부 방향으로 상기 수소분리막을 양이온인 수소 이온 형태로 투과(61)하며 전자는 지지체를 통해서 상기 하부 다공성 전극활성층과 촉매층인 상기 상부 다공성 전극활성층 사이를 수소이온과 같은 방향인 판형 모듈 하부로부터 상부를 향한 방향으로 흐른다(62). 수소를 포함하는 가스 혼합물을 판형 모듈 하부로 넣게 되면 상기 하부 다공성 전극활성을 통해 상기 가스 혼합물이 수소분리막에 도달하고 상기 수소분리막에서 수소는 전자를 잃어 수소이온이 된다. 이때 수소이온에서 분리된 전자는 지지체를 통해 상부 다공성 전극활성층으로 수소이온과 같은 방향으로 흐른다. 수소이온이 수소분리막을 투과하여 촉매층인 다공성 전극 활성층에 도달하면 전자를 얻어 수소기체로 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 이온전도성 수소분리막 두께를 150μm이하로 하여 높은 투과율을 얻을 수 있다. 상기 서멧은 CH4, CO 등의 기체에서 수소를 분리해 낸다. Figure 5 schematically illustrates a hydrogen separation process. The hydrogen ion is permeated (61) in the form of a hydrogen ion ion in the form of a cation, in the direction of the upper part of the plate-type module, which is a low hydrogen partial pressure state in the lower part of the plate-type module having a high hydrogen partial pressure state. (62) in the direction from the lower part of the plate-like module in the same direction as the hydrogen ions to the upper part between the upper porous electrode active layers. When the gas mixture containing hydrogen is placed under the plate type module, the gas mixture reaches the hydrogen separation membrane through the lower porous electrode activity, and hydrogen in the hydrogen separation membrane loses electrons and becomes hydrogen ions. At this time, the electrons separated from the hydrogen ions flow in the same direction as the hydrogen ions to the upper porous electrode active layer through the support. When the hydrogen ions permeate the hydrogen separation membrane and reach the porous electrode active layer which is the catalyst layer, electrons are obtained and become hydrogen gas. In one embodiment of the present invention, the thickness of the ion conductive hydrogen separation membrane is set to 150 μm or less, and a high transmittance can be obtained. The cermet separates hydrogen from gases such as CH 4 and CO.

이와 같이 산소이온 또는 수소이온인 프로톤 전도성 멤브레인을 통한 산소이온 또는 프로톤의 교환과, 지지체층에 의한 전자의 교환반응을 통하여 산소 또는 프로톤을 선택적으로 투과시킨다. 본 발명의 일 구현예에서, 서멧에 환원기체인 메탄, 일산화탄소, 수소분자 등을 주입해 주어야 한다. 이는 예를 들어, NiO-YSZ 복합체일 경우 환원기체를 주입해야 NiO가 Ni로 환원되므로 서멧형태가 유지되기 때문이다. Thus, oxygen or proton is selectively transmitted through the exchange of oxygen ions or protons through a proton conductive membrane, which is an oxygen ion or a hydrogen ion, and an exchange reaction of electrons by a support layer. In one embodiment of the present invention, a reducing gas such as methane, carbon monoxide, or hydrogen molecules should be injected into the cermet. This is because, for example, in the case of a NiO-YSZ composite, a reducing gas is injected to reduce NiO to Ni so that the cermet shape is maintained.

본 발명의 일 구현예에서 상기 가스 혼합물은 300 내지 500 ppm의 이산화탄소가 포함된 합성공기, 대기 중의 공기(ambient air) 또는 공정가스를 사용한다.In one embodiment of the invention, the gas mixture uses synthetic air, ambient air or process gas containing between 300 and 500 ppm of carbon dioxide.

상기와 같은 산소 또는 수소분리는 단위 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈(도 6a)을 통해 일어나며, 상기 단위 이온전체 지지형 기체분리막 판형 모듈이 서로 연결(도 6b)됨으로써 산소 또는 수소분리막 전체의 면적이 커지게 된다. 복수개의 공규가 있는 전자전도 지지체를 이용하면 대면적이 가능하며 공규의 크기에 따라 이온 투과막의 크기 및 두께를 조절할 수 있다. 또한 이를 직렬로 연결하면 콤팩트한 분리막 모듈 형성이 가능하다. The oxygen or hydrogen separation as described above takes place through the unit ionic conductor supporting type gas separation membrane module (FIG. 6A), and the unit ion total gas separation membrane separation membrane module is connected to each other . The size and thickness of the ion-permeable membrane can be controlled according to the size of the contaminant. It is also possible to form a compact membrane module by connecting it in series.

상기 이온전도체 지지형 기체분리막 판형 모듈을 제조하기 위해 본 발명의 일 구현예에서는, 테이프 캐스팅(Tape Casting) 공정을 이용하여 복수개의 공규가 있는 서멧 또는 전자전도성 금속산화물 재료의 판형 치밀구조 전도성 지지체 테이프(tape)를 제조하는 단계; 복수개의 기체분리막 테이프로 상기 복수개의 공규를 덮되, 각각의 상기 기체분리막이 서로 분리되어 위치하도록 상기 판형 치밀구조 전도성 지지체 테이프 상면에 적층하는 단계; 상기 적층하는 단계를 거친 후 치밀화를 위해, 상기 기체분리막 테이프와 상기 판형 다공전도성 지지체 테이프를 1200 내지 1500℃에서 동시소결하는 단계; 및 상기 공규를 덮은 기체분리막의 상면과 상기 지지체의 상면 및 상기 공규 내부에 노출된 기체분리막의 하면과 상기 공규의 내측면 상부에 다공성 전극활성층을 코팅하는 단계를 순차적으로 진행한다. In one embodiment of the present invention for producing the ion conductor-supported gasketing plate-type module, a tape casting process is used to form a plurality of contiguous cermets or a planar compact conductive support tape of an electronic conductive metal oxide material producing a tape; Stacking the plurality of gasketing tapes on the upper surface of the plate-shaped dense structure conductive support tape so as to cover the plurality of plumes and separate the gasketing membranes from each other; Simultaneously sintering the gas separation membrane tape and the plate-like porous conductive support tape at a temperature of 1200 to 1500 ° C for densification after the laminating step; And coating the porous electrode active layer on the upper surface of the gas separation membrane covering the cavity, the upper surface of the support, the lower surface of the gas separation membrane exposed inside the cavity, and the upper surface of the inner surface of the cavity.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 치밀구조 전도성 지지체는 니켈, 니켈 합금, 철계 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금 중에서 선택된 금속이고, 상기 금속 지지체의 공규 부위 상면에 1200 내지 1500℃에서 소결한 상기 판형 다공전도성 지지체 테이프를, 전기전도성 확보와 실링을 위해 전도성 페이스트(예: 실버 페이스트)로 접합한다. In another embodiment of the present invention, the dense structure conductive support is a metal selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, an iron-based alloy and an iron-nickel-chromium-based alloy, The plate-like porous conductive support tape is bonded with a conductive paste (for example, silver paste) for ensuring electrical conductivity and sealing.

상기 다공성 전극 활성층은 그 표면에서 산소분자의 이온화반응 (O2 + 4e- → 2O-2)과 수소이온의 기체화반응(2H++ 2e- → H2)이 일어날 수 있도록 코팅되어야 하며, 산소기체가 전해질 표면으로 확산하여 이온화될 수 있고, 수소이온이 전자와 결합하여 기체가 될 수 있도록 다공성 구조를 유지한다.The porous electrode active layer has an ionization reaction (O 2 + 4e - → 2O -2 ) of oxygen molecules and a gasification reaction (2H + + 2e - → H 2 ), oxygen gas can diffuse to the surface of the electrolyte and be ionized, and the porous structure is maintained such that the hydrogen ions combine with the electrons to form a gas.

본 발명의 일 구현예에서 상기 기체분리막은 상기 지지체에 형성된 공규가 포함된 공간의 상면을 덮되, 상기 각각의 기체분리막은 대응되는 공규와 그 주변부만을 덮을 뿐 서로 분리되어 위치한다. 즉, 상면부를 위에서 보았을 때(도 6a, b) 기체분리막 사이에 지지체층이 노출된다. In one embodiment of the present invention, the gas separation membrane covers an upper surface of a space including a cavity formed in the support, wherein the gas separation membranes are separated from each other only by covering the corresponding cavity and the peripheral portion thereof. That is, when the upper surface portion is viewed from above (Figs. 6A and 6B), the support layer is exposed between the gas separation membranes.

상기 노출된 지지체층과 기체분리막 위에 상부 다공성 전극활성층을 코팅한다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 노출된 지지체층과 기체분리막 전면을 코팅한다. 본 발명의 또다른 실시예에서는 상기 기체분리막 전면과 상기 노출된 지지체층의 일부만 코팅하여 상기 지지체층이 상기 상부 다공성 전극활성층 코팅 후에도 노출(도 6a, b)되도록 한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 기체분리막 및 상기 다공성 전극활성층 코팅에는 dip-coating, screein print, 또는 CVD 방법을 사용한다. The upper porous electrode active layer is coated on the exposed support layer and the gas separation membrane. In one embodiment of the present invention, the exposed support layer and the entire surface of the gas separation membrane are coated. In another embodiment of the present invention, only the surface of the gas separation membrane and a part of the exposed support layer are coated so that the support layer is exposed after the upper porous electrode active layer coating (FIGS. 6A and 6B). In one embodiment of the present invention, a dip coating, screein print, or CVD method is used for the gas separation membrane and the porous electrode active layer coating.

상기 하부 다공성 전극활성층은 상기 공규를 덮은 기체분리막이 상기 지지체의 공규와 접하는 부위의 공규 내측면과 상기 기체분리막 하면에 코팅하여, 상기 지지체를 통해 상기 상부 다공성 전극활성층과 상기 하부 전극활성층이 통전될 수 있도록 한다. The lower porous electrode active layer is coated on the inner surface of the cavity adjacent to the cavity of the support and the lower surface of the gas separation membrane so that the upper porous electrode active layer and the lower electrode active layer are electrically connected through the support .

서로 직렬 연결, 또는 적층된 판형 치밀구조 전도성 지지체, 기체분리막, 다공성 전극 활성화층은 상기 판형 기체분리막 단위 모듈의 각 물질을 사용하여 형성된다.
The plate-like dense structure conductive support, the gas separation membrane, and the porous electrode activation layer, which are connected to each other in series, are formed using the respective materials of the plate type gas separation membrane unit module.

10. 판형 다공 전도성 지지체 20. 기체분리막
30. 상부 다공성 전극활성층 40. 하부 다공성 전극활성층
51. 산소 이온 흐름 52. 산소분리막 전자 흐름
61. 수소 이온 흐름 62. 수소분리막 전자 흐름10. Plate-type porous conductive support 20. Gas separation membrane
30. Upper Porous Electrode Active Layer 40. Lower Porous Electrode Active Layer
51. Oxygen ion flow 52. Oxygen separator electron flow
61. Hydrogen ion flow 62. Hydrogen separation membrane electron flow

Claims (20)

복수개의 공규가 형성된 판형 치밀구조 전도성 지지체;
상기 복수개의 공규가 형성하는 각각의 공간을 상기 지지체 상면에 접하며 덮고, 서로 분리되어 위치하는 복수개의 판형 기체 분리막;
상기 판형 기체분리막 및 상기 지지체의 상면에 접하는 상부 다공성 전극활성층; 및
상기 판형 기체분리막의 하면과 상기 지지체의 공규 내측면 상부에 접하여 위치하는 하부 다공성 전극활성층을 포함하고,
상기 상부 다공성 전극활성층은 지지체층을 통해 상기 하부 다공성 전극활성층으로 통전되는,
기체분리막 판형 모듈.
A planar dense structure conductive support having a plurality of constricted portions;
A plurality of plate-type gas separation membranes, each of the spaces formed by the plurality of cavities being in contact with and covering the upper surface of the support;
An upper porous electrode active layer contacting the upper surface of the plate-type gas separation membrane and the support; And
And a lower porous electrode active layer disposed in contact with a lower surface of the plate-like gas-liquid separating membrane and an upper portion of a common internal surface of the support,
Wherein the upper porous electrode active layer is energized to the lower porous electrode active layer through a support layer,
Gas separation membrane plate module.
제 1항에 있어서,
상기 판형 치밀구조 전도성 지지체는 금속, 서멧(Cermet), 및 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는,
기체분리막 판형 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the planar compactness conductive support is selected from the group consisting of metals, cermets, and electron conductive metal oxides.
Gas separation membrane plate module.
제 2항에 있어서,
상기 금속은 니켈, 니켈 합금, 철계 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금 중에서 선택되는,
기체분리막 판형 모듈.
3. The method of claim 2,
Wherein the metal is selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, an iron-based alloy, and an iron-nickel-
Gas separation membrane plate module.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 전극활성층은 다공성 금속, 다공성 서멧(Cermet), 및 다공성 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는,
기체분리막 판형 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the porous electrode active layer is selected from a porous metal, a porous cermet, and a porous electronically conductive metal oxide.
Gas separation membrane plate module.
제 2항 또는 제 4항에 있어서,
상기 서멧은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 산소분리막 재료 및 수소분리막 재료 중에서 선택된 하나의 복합체이고,
상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고,
상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,
기체분리막 판형 모듈.
The method according to claim 2 or 4,
The cermet is a complex selected from one selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-based alloy, an oxygen separation membrane material and a hydrogen separation membrane material,
The oxygen separation membrane may be formed of yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped -Ceria), and lanthanum gallates,
Wherein the hydrogen separation membrane comprises at least one material selected from Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 and La 2 Ce 2 O 7 ,
Gas separation membrane plate module.
제 4항에 있어서,
상기 다공성 금속은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나인,
기체분리막 판형 모듈.
5. The method of claim 4,
Wherein the porous metal is one selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-
Gas separation membrane plate module.
제 3항에 있어서,
상기 니켈 합금은 인코넬이고, 철-니켈-크로뮴계 합금은 스테인레스인 ,
기체분리막 판형 모듈.
The method of claim 3,
Wherein the nickel alloy is Inconel, and the iron-nickel-chromium-based alloy is stainless steel,
Gas separation membrane plate module.
제 2항 또는 제 4항에 있어서,
상기 전자전도성 금속산화물은 페로브스카이트 계열인, 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트 (Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 스피넬 계 산화물인 망간 페라이트 (MnFe2O4), 및 니켈 페라이트( NiFe2O4)중에서 선택되는 하나 이상인,
기체분리막 판형 모듈.
The method according to claim 2 or 4,
The electron conductive metal oxide may be at least one selected from the group consisting of perovskite type lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium chromite (LSCr), lanthanum strontium Which is at least one selected from the group consisting of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), spinel oxide (MnFe 2 O 4 ), and nickel ferrite (NiFe 2 O 4 )
Gas separation membrane plate module.
제 1항에 있어서,
상기 기체분리막은 두께가 200μm이하인 산소분리막이고,
상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,
기체분리막 판형 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the gas separation membrane is an oxygen separation membrane having a thickness of 200 m or less,
The oxygen separation membrane may be formed of yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped -Ceria), and lanthanum gallates.
Gas separation membrane plate module.
제 1항에 있어서,
상기 기체분리막은 두께가 200μm이하인 수소분리막이고,
상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,
기체분리막 판형 모듈.
The method according to claim 1,
The gas separation membrane is a hydrogen separation membrane having a thickness of 200 m or less,
Wherein the hydrogen separation membrane is made of at least one material selected from Perovskite series SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, or Pyrochlore series La2Zr2O7, La2Ce2O7,
Gas separation membrane plate module.
테이프 캐스팅(Tape Casting) 공정을 이용하여 복수개의 공규가 있는 판형 치밀구조 전도성 지지체 테이프(tape)를 제조하는 단계;
복수개의 기체분리막 테이프로 상기 복수개의 공규를 덮되, 각각의 상기 기체분리막이 서로 분리되어 위치하도록 상기 판형 치밀구조 전도성 지지체 테이프 상면에 적층하는 단계;
상기 적층하는 단계를 거친 후 치밀화를 위해, 상기 기체분리막 테이프와 상기 판형 치밀구조 전도성 지지체 테이프를 1200 내지 1500℃에서 동시소결하는 단계; 및
상기 공규를 덮은 기체분리막의 상면과 상기 지지체의 상면 및 상기 공규 내부에 노출된 기체분리막의 하면과 상기 공규의 내측면 상부에 다공성 전극활성층을 코팅하는 단계를 포함하는,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
Fabricating a plurality of flattened dense structure conductive support tapes using a tape casting process;
Stacking the plurality of gasketing tapes on the upper surface of the plate-shaped dense structure conductive support tape so as to cover the plurality of plumes and separate the gasketing membranes from each other;
Simultaneously sintering the gasketing membrane tape and the plate-shaped dense structure conductive support tape at a temperature of 1200 to 1500 ° C for densification after the laminating step; And
Coating the porous electrode active layer on the upper surface of the gas separation membrane covering the air cavity, the upper surface of the support, and the lower surface of the gas separation membrane exposed on the inside of the cavity and the upper surface of the inner surface of the cavity.
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 11항에 있어서,
상기 판형 치밀구조 전도성 지지체는 서멧(Cermet), 및 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the planar dense structure conductive support is selected from the group consisting of a cermet,
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
니켈, 니켈 합금, 철계 합금 및 철-니켈-크로뮴계의 합금 중에서 선택되고, 복수개의 공규가 있는 판형 금속을 준비하는 단계;
복수개의 기체분리막 테이프를 1200 내지 1500℃에서 소결하는 단계;
상기 소결된 복수개의 기체분리막이 상기 판형 금속의 복수개의 공규를 덮되, 각각의 상기 기체분리막이 서로 분리되어 위치하도록 전도성 페이스트를 이용하여 접합하는 단계; 및
상기 공규를 덮은 기체분리막의 상면과 상기 판형 금속의 상면 및 상기 공규 내부에 노출된 기체분리막의 하면과 상기 공규의 내측면 상부에 다공성 전극활성층을 코팅하는 단계를 포함하고,
상기 다공성 전극활성층은 다공성 금속, 다공성 서멧(Cermet), 및 다공성 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
Preparing a plate-shaped metal selected from nickel, a nickel alloy, an iron-based alloy, and an iron-nickel-chromium-based alloy and having a plurality of cavities;
Sintering a plurality of gasketing tapes at 1200 to 1500 占 폚;
Bonding the plurality of sintered gas separation membranes to each other using a conductive paste so as to cover a plurality of plumes of the plate-like metal, wherein each of the gas separation membranes is separated from each other; And
Coating the porous electrode active layer on the upper surface of the gas separation membrane covering the air cavity, the upper surface of the plate-like metal, the lower surface of the gas separation membrane exposed to the inside of the cavity,
Wherein the porous electrode active layer is selected from a porous metal, a porous cermet, and a porous electronically conductive metal oxide.
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 13항에 있어서,
상기 니켈 합금은 인코넬이고, 상기 철-니켈-크로뮴계 합금은 스테인레스인,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the nickel alloy is Inconel, and the iron-nickel-chromium-based alloy is stainless steel,
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 11항에 있어서,
상기 다공성 전극활성층은 다공성 금속, 다공성 서멧(Cermet), 및 다공성 전자전도성 금속산화물 중에서 선택되는,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the porous electrode active layer is selected from a porous metal, a porous cermet, and a porous electronically conductive metal oxide.
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 12항, 제 13항 및 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서멧은 니켈, 니켈 합금, 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 산소분리막 재료 및 수소분리막 재료 중에서 선택된 하나의 복합체이고,
상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지고,
상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
16. A method according to any one of claims 12, 13 and 15,
The cermet is a complex selected from one selected from the group consisting of nickel, a nickel alloy, and an iron-based alloy, an oxygen separation membrane material and a hydrogen separation membrane material,
The oxygen separation membrane may be formed of yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped -Ceria), and lanthanum gallates,
Wherein the hydrogen separation membrane comprises at least one material selected from Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 and La 2 Ce 2 O 7 ,
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 16항에 있어서,
상기 니켈 합금은 인코넬인,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the nickel alloy is inconel,
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 12항 또는 제 15항에 있어서,
상기 전자전도성 금속산화물은 페로브스카이트 계열인, 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트 (Lanthanum strontium Chromite, LSCr), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 스피넬 계 산화물인 망간 페라이트 (MnFe2O4), 및 니켈 페라이트( NiFe2O4)중에서 선택되는 하나 이상인,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
16. The method according to claim 12 or 15,
The electron conductive metal oxide may be at least one selected from the group consisting of perovskite type lanthanum strontium ferrite (LSF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium chromite (LSCr), lanthanum strontium Which is at least one selected from the group consisting of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), spinel oxide (MnFe 2 O 4 ), and nickel ferrite (NiFe 2 O 4 )
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 11항에 있어서,
상기 기체분리막은 산소분리막이고,
상기 산소분리막은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아 (Smaria doped-Ceria), 및 란타늄갈레이트 (Lanthanum gallates) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the gas separation membrane is an oxygen separation membrane,
The oxygen separation membrane may be formed of yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia doped-ceria (GDC), Smaria doped -Ceria), and lanthanum gallates.
A method of manufacturing a gas separation membrane plate module.
제 11항에 있어서,
상기 기체분리막은 수소분리막이고,
상기 수소분리막은 Perovskite계열인 SrCeO3, BaCeO3, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, 또는 Pyrochlore 계열인 La2Zr2O7, La2Ce2O7 중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는,
기체분리막 판형 모듈의 제조방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the gas separation membrane is a hydrogen separation membrane,
Wherein the hydrogen separation membrane comprises at least one material selected from Perovskite series SrCeO 3 , BaCeO 3 , BaZrO 3 , CaZrO 3 , SrZrO 3 , or Pyrochlore series La 2 Zr 2 O 7 and La 2 Ce 2 O 7 ,
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