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KR101670612B1 - Method for manufacturing a plate type solid oxide fuel cell - Google Patents

Method for manufacturing a plate type solid oxide fuel cell Download PDF

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KR101670612B1
KR101670612B1 KR1020150157740A KR20150157740A KR101670612B1 KR 101670612 B1 KR101670612 B1 KR 101670612B1 KR 1020150157740 A KR1020150157740 A KR 1020150157740A KR 20150157740 A KR20150157740 A KR 20150157740A KR 101670612 B1 KR101670612 B1 KR 101670612B1
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KR
South Korea
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layer
film
functional
cathode
negative electrode
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KR1020150157740A
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Korean (ko)
Inventor
윤희성
백운규
김찬호
장인영
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

Provided is a method for producing a flat solid oxide fuel cell. The production method comprises the following steps: preparing an anode support via a tape casting method and a first heat treatment process; forming a sacrificial film including an organic compound on a first surface of the anode support via a second heat treatment; forming a first functional anode film and a second functional anode film on a second surface of the anode support and the sacrificial film, by immersing the anode support in a first solution; forming a first electrolyte film and a a second electrolyte film on the first functional anode film and the second functional anode film, by immersing the anode support in a second solution; removing the first electrolyte film, the first functional anode film, and the sacrificial film on the first surface of the anode support, via a third heat treatment; and forming a cathode on the second electrolyte film.

Description

평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법{Method for manufacturing a plate type solid oxide fuel cell}[0001] The present invention relates to a method of manufacturing a solid oxide fuel cell,

본 발명은 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 음극 지지체의 일면에 희생막을 형성한 후, 침지 공정에 의해 상기 음극 지지체 및 상기 희생막 상에 기능성 음극막, 및 전해질막을 형성하고, 열처리를 통해 상기 희생막을 제거함으로써, 상기 음극 지지체의 일면에만 상기 기능성 음극막, 및 상기 전해질막을 형성하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flat plate type solid oxide fuel cell, and more particularly, to a method of manufacturing a flat type solid oxide fuel cell, which comprises forming a sacrificial film on one surface of a negative electrode support and then forming a functional negative electrode film on the negative electrode support and the sacrificial film, And forming the electrolyte membrane on only one side of the negative electrode support by removing the sacrificial layer through heat treatment. The present invention also relates to a method of manufacturing a flat type solid oxide fuel cell.

연료전지는 연료와 산소가 전기화학적으로 반응함에 따른 자유에너지의 변화를 전기에너지로 변환시키는 장치이다. 이온 전도성 산화물을 전해질로 사용하는 고체 산화물 연료전지는 약 600~1000℃의 고온에서 작동되어 전기에너지와 열에너지를 생산하는, 현재까지 개발되어 있는 연료전지 중 가장 에너지 변환효율이 가장 좋다. 고온에서의 작동으로 인해 천연가스, 석탄가스 등과 같은 다양한 원료를 연료로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 고체 전해질과 고체 전극을 사용함으로써, 재료의 부식 및 손실 등과 같은 문제가 없어 장기간 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 수소를 연료로 사용할 경우, 순수한 물만이 배출이 되어 미래의 청정에너지원으로 사용될 수 있는 장점으로 많은 관심을 받고 있다. A fuel cell is a device that converts a change in free energy due to electrochemical reaction between fuel and oxygen into electric energy. A solid oxide fuel cell using an ion conductive oxide as an electrolyte has the highest energy conversion efficiency among the fuel cells that have been developed up to now to produce electric energy and thermal energy at a high temperature of about 600 to 1000 ° C. It has the advantage of using various raw materials such as natural gas and coal gas as a fuel due to operation at high temperature. It can be used for a long time because there is no problem such as corrosion or loss of material by using solid electrolyte and solid electrode. . In addition, when hydrogen is used as fuel, only pure water is discharged and it is attracting much attention because it can be used as a future clean energy source.

고체 산화물 연료전지는 치밀한 구조의 산소이온 전도성 전해질과 공기 중의 산소와 반응하여 산소이온으로 반응하게 하는 공기극, 혹은 양극(cathode)과 산소이온 전도성 전해질을 통해 이동한 산소이온이 수소 혹은 탄소와 반응하여 물 혹은 이산화탄소를 생산하며 전자를 내어 놓는 연료극, 혹은 음극(Anode)로 구성되어 있다. 이렇게 공기극/전해질/연료극으로 구성된 전지를 단전지라고 부르며, 공기극 및 연료극에서의 반응을 일어나게 하는 구동력은, 공기극 및 연료극에의 산소분압 차이이기 때문에, 양극으로 흘러가는 공기, 혹은 연료가 서로 혼입되지 않게 하는 것이 매우 중요하게 된다. 단전지의 형태는 원통형(Tubular type)과 평판형(Planar type)으로 나눌 수 있으며, 원통형의 경우, 가스의 분리가 용이한 장점이 있으나, 단전지와 단전지를 이어주는 전류 집전체의 형태에 의해 저항이 높아 에너지의 손실이 많은 단점이 있다. 평판형의 경우, 전극 전체가 전류 집전체와 쉽게 연결될 수 있는 구조상의 특성 때문에 에너지 손실이 적은 장점이 있다. A solid oxide fuel cell is a fuel cell that has a dense structure of an oxygen ion conducting electrolyte and an air electrode that reacts with oxygen in the air to react with oxygen ions or oxygen ions that move through the cathode and oxygen ion conducting electrolyte react with hydrogen or carbon It is composed of anode or anode that produces water or carbon dioxide and emits electrons. The battery composed of the air electrode / electrolyte / fuel electrode is called a single cell. Since the driving force for causing the reaction in the air electrode and the fuel electrode is a difference in oxygen partial pressure to the air electrode and the fuel electrode, air flowing into the anode, It becomes very important not to. The shape of a single cell can be divided into a tubular type and a planar type. In the case of a cylindrical type, the gas can be easily separated. However, due to the shape of the current collector connecting the unit cell and the unit cell, There is a drawback that the energy loss is high. In the case of the flat plate type, there is an advantage that the energy loss is small because of the structural characteristic that the whole electrode can be easily connected to the current collector.

대한민국 특허 공개 공보 KR20150035457A (출원인: 주식회사 엘지화학, 출원번호 KR20140129594A)Korean Patent Laid-Open Publication No. KR20150035457A (Applicant: LG Chem, Application No. KR20140129594A)

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 생산성이 높은 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell having high productivity.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 공정 시간 및 공정 비용을 감소시키는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell which reduces process time and process cost.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 음극 지지체 및 전해질막의 내부 응력을 감소시키는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell which reduces the internal stress of the cathode support and the electrolyte membrane.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 연료가스의 소비 효율이 향상된 연료 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.  It is another object of the present invention to provide a fuel cell having improved fuel gas consumption efficiency and a method of manufacturing the fuel cell.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 평판형 고체 산화물 연료 전지의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above-described technical problems, the present invention provides a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell.

일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 제1 면(first surface) 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면(second surface)을 포함하는 음극 지지체(anode support)를 준비하는 단계, 제2 열처리(second thermal treatment)에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제1 면 상에 유기질(organic compound)을 포함하는 희생막(sacrificial film)을 형성하는 단계, 상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 제1 용액(first solution)에 침지하여, 상기 희생막 상에 제1 기능성 음극막(first anode functional film)을 형성하고, 상기 음극 지지체의 상기 제2 면 상에 제2 기능성 음극막(second anode functional film)을 함께 형성하는 단계, 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제2 기능성 음극막이 형성된 상기 음극 지지체를 제2 용액(second solution)에 침지하여, 상기 제1 기능성 음극막 상에 제1 전해질막(first electrolyte film)을 형성하고, 상기 제2 기능성 음극막 상에 제2 전해질막(second electrolyte film)을 함께 형성하는 단계, 및 제3 열처리(third thermal treatment)에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막, 상기 제1 기능성 음극막, 및 상기 제1 전해질막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell includes providing an anode support including a first surface and a second surface opposite the first surface, Preparing a sacrificial film comprising an organic compound on the first surface of the cathode support and a second surface of the cathode support by a second thermal treatment; Forming a first anode functional film on the sacrificial layer by dipping the cathode support on which the sacrificial layer is formed in a first solution to form a first anode functional film on the sacrificial layer, Forming a first functional anode film and a second functional anode film on the first functional anode film together with the first functional anode film and the second functional anode film, First Functionality Forming a first electrolyte film on the cathode film, forming a second electrolyte film on the second functional cathode film together with the first electrolyte film, and forming a second electrolyte film on the third functional film, And removing the sacrificial layer, the first functional cathode layer, and the first electrolyte layer on the first surface of the cathode support.

일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 상기 제2 열처리에 의해, 상기 희생막의 적어도 일부가 용융되어 용융막(melt film)이 생성되고, 실온으로 온도가 하강함에 따라, 상기 용융막이 고체 상태의 상기 희생막으로 상변화(phase-change)하는 동시에, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에 접합되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, in the method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell, at least a part of the sacrificial layer is melted by the second heat treatment to produce a melt film, , The molten film phase-changes into the sacrificial film in a solid state, and is bonded onto the first surface of the cathode support.

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막, 상기 제1 기능성 음극막, 및 상기 제1 전해질막을 제거하는 단계는, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막이 번아웃(burn-out)되어, 상기 희생막, 및 상기 희생막 상의 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막이 함께 제거되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of removing the sacrificial layer, the first functional negative electrode layer, and the first electrolyte layer on the first surface of the negative electrode support may include, by the third heat treatment, burn-out, and the sacrificial layer and the first functional cathode layer and the first electrolyte layer on the sacrificial layer are removed together.

일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막, 상기 제1 기능성 음극막, 및 상기 제1 전해질막이 제거되는 동시에, 상기 음극지지체, 상기 제2 기능성 음극막, 및 상기 제2 전해질막이 부분소결(partially sintering)되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the manufacturing method of the planar solid oxide fuel cell may further include removing the sacrificial layer, the first functional cathode layer, and the first electrolyte layer by the third heat treatment, The second functional cathode layer, and the second electrolyte layer may be partially sintered.

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체를 준비하는 단계는, 상기 음극 지지체에 기계적 강도를 부여하기 위해, 상기 음극 지지체를 제1 열처리(first thermal treatment)하는 것을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, preparing the negative electrode support may further include performing a first thermal treatment on the negative electrode support to impart mechanical strength to the negative electrode support.

일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 상기 제2 열처리 온도보다 상기 제1 및 제3 열처리 온도가 높은 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the manufacturing method of the planar solid oxide fuel cell may include the first and third heat treatment temperatures higher than the second heat treatment temperature.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액은, 금속 산화물 분말을 포함하는 콜로이달 용액(colloidal solution)인 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first solution and the second solution may be a colloidal solution containing a metal oxide powder.

일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액의 농도에 따라, 상기 음극 지지체 상에 형성 되는 상기 기능성 음극막들 및 상기 전해질막들의 두께가 조절되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the manufacturing method of the planar solid oxide fuel cell may further include a step of forming the functional negative films and the electrolyte films on the negative electrode support, depending on the concentration of the first solution and the second solution, Lt; / RTI >

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체를 상기 제2 용액에 침지하여 생성된 상기 제1 전해질막 및 상기 제2 전해질막은, 치밀한 박막(dense thin film)인 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first electrolyte membrane and the second electrolyte membrane produced by immersing the cathode support in the second solution may include a dense thin film.

일 실시 예에 따르면, 상기 희생막은, 적어도 파라필름(parafilm) 및 파라핀 왁스(paraffin wax) 중 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the sacrificial membrane may comprise at least one of parafilm and paraffin wax.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 음극 지지체를 준비하는 단계, 라미네이팅(laminating)에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제1 면 상에 기능성 음극막을 형성하는 단계, 제2 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제2 면 상에 유기질을 포함하는 희생막을 형성하는 단계, 상기 기능성 음극막 및 상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 전해질 용액에 침지하여, 상기 기능성 음극막 상에 제1 전해질막을 형성하고, 상기 희생막 상에 제2 전해질막을 함께 형성하는 단계, 및 제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제2 면 상의 상기 희생막 및 상기 제2 전해질막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment, a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell includes the steps of preparing a cathode support comprising a first surface and a second surface opposite the first surface, by laminating, Forming a functional cathode film on the first one of the first surface and the second surface of the cathode support by a second heat treatment to form a functional cathode film on the first surface and the second surface of the cathode support; Forming a first electrolyte film on the functional anode film by immersing the functional cathode film and the cathode support on which the sacrificial film is formed by immersing the cathode film in an electrolytic solution to form a first electrolyte film on the sacrificial film; Removing the sacrificial film and the second electrolyte film on the second surface of the negative electrode support by a second heat treatment step, forming the second electrolyte film together, and a third heat treatment.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체 상의 상기 희생막 및 상기 제2 전해질막을 제거하는 단계는, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막이 번아웃 되어, 상기 희생막, 및 상기 희생막 상의 상기 제2 전해질막이 함께 제거되는 것을 포함할 수 있다.According to another embodiment, in the step of removing the sacrificial layer and the second electrolyte layer on the cathode support, the sacrificial layer is burned out by the third heat treatment, and the sacrificial layer and the second electrolyte layer on the sacrificial layer 2 < / RTI > electrolyte membrane together.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막, 및 상기 제2 전해질막이 제거되는 동시에, 상기 음극 지지체 및 상기 기능성 음극막이 부분소결되는 것을 포함할 수 있다.According to another embodiment, the manufacturing method of the planar solid oxide fuel cell further comprises a step of removing the sacrificial layer and the second electrolyte layer by the third heat treatment, and the cathode support and the functional cathode layer are partially sintered ≪ / RTI >

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 상기 음극 지지체를 상기 전해질 용액에 침지하여 생성된 상기 제1 전해질막 및 상기 제2 전해질막은 치밀한 박막인 것을 포함할 수 있다.According to another embodiment, the manufacturing method of the planar solid oxide fuel cell may include the first electrolyte membrane and the second electrolyte membrane, which are formed by dipping the anode support in the electrolyte solution, into a dense thin film .

또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 음극 지지체를 준비하는 단계, 제2 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제1 면 상에 유기질을 포함하는 희생막을 형성하는 단계, 상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 제1 용액에 침지하여, 상기 희생막 상에 제1 기능성 음극막을 형성하고 상기 음극 지지체의 제2 면 상에 제2 기능성 음극막을 함께 형성하는 단계, 제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막 및 상기 제1 기능성 음극막을 제거하는 단계, 및 라미네이팅에 의해, 상기 제2 기능성 음극막 상에 전해질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment, a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell includes the steps of preparing a cathode support including a first surface and a second surface opposite to the first surface, Forming a sacrificial layer containing organic material on the first surface of the cathode support and the first surface of the cathode support; dipping the cathode support on which the sacrificial layer is formed in the first solution to form a sacrificial layer on the sacrificial layer; Forming a first functional negative electrode film and forming a second functional negative electrode film on a second side of the negative electrode support by a third heat treatment, forming the sacrificial film on the first surface of the negative electrode support and the first functional negative electrode Removing the film, and forming an electrolyte film on the second functional negative electrode film by laminating.

또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막 및 상기 제1 기능성 음극막을 제거하는 단계는, 상기 라미네이팅에 의해 상기 제2 기능성 음극막 상에 상기 전해질막을 형성하는 단계 전, 또는 후에 수행되는 것을 포함할 수 있다. According to another embodiment, the step of removing the sacrificial layer and the first functional negative electrode layer by the third heat treatment may include a step of removing the sacrificial layer and the first functional negative electrode layer before the step of forming the electrolyte layer on the second functional negative electrode layer by the laminating, Or may be performed later.

또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법은, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막 및 상기 제1 기능성 음극막이 제거되는 동시에, 상기 제2 기능성 음극막이 부분소결되는 것을 포함할 수 있다.According to another embodiment, in the method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell, the sacrificial film and the first functional negative film are removed by the third heat treatment, and the second functional negative film is partially sintered ≪ / RTI >

본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지는, 음극 지지체의 제1 면 상에 희생막을 형성한 후, 침지 공정을 이용하여, 상기 희생막 상에 제1 기능성 음극막 및 전해질막을 형성하고, 상기 음극 지지체의 제2 면 상에 제2 기능성 음극막 및 제2 전해질막을 형성할 수 있다. 열처리를 통해 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에 형성된 상기 희생막을 번아웃(burn-out)하여 제거함으로써, 상기 희생막 상의 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막이 함께 제거될 수 있다. In the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention, a sacrificial layer is formed on the first surface of the anode support, and then a first functional cathode layer and an electrolyte layer are formed on the sacrificial layer using an immersion process , A second functional cathode layer and a second electrolyte layer may be formed on the second surface of the cathode support. The first functional negative electrode film and the first electrolyte film on the sacrificial layer may be removed together by burning out the sacrificial layer formed on the first surface of the negative electrode support through heat treatment.

이에 따라, 공정이 간단한 상기 침지 공정을 통해, 복수의 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막을 형성하는 것이 가능하므로, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 생산수율을 향상시킬 수 있다. Accordingly, it is possible to form the first functional negative electrode film and the first electrolyte film on the first surface of the plurality of cathode supports through the immersion process, which is simple in process. Therefore, in the planar solid oxide fuel cell The production yield can be improved.

또한, 상기 침지 공정 및 번-아웃공정에 의해 상기 음극 지지체 상에 형성된 상기 제2 전해질막은, 고온의 열처리, 즉 소결공정에 의해 치밀한 구조의 박막일 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 양극으로 공급된 산소(O2)는, 상기 제2 전해질과 만나는 촉매반응영역으로 공급되어 양극으로 들어온 전자와 반응하여 산소이온(O2-)으로 환원될 수 있다. 환원된 산소이온은, 상기 전해질막을 통해 음극으로 이동하여 상기 음극지지체와 제2 기능성 음극막으로 유입된 수소(H2), 수소화탄소(H-C). 및 일산화탄소(CO)와 반응하여, 물(H2O) 및 이산화탄소(CO2)를 생성한 후, 다시 전자를 방출할 수 있다. 이에 따라, 외부 회로를 통해 전기를 효율적으로 생산할 수 있는 상기 평판형 고체 산화물 연료전지가 제공될 수 있다. Further, the second electrolyte film formed on the cathode support by the immersion process and the burn-out process may be a thin film having a dense structure by a high-temperature heat treatment, i.e., a sintering process. As a result, the externally supplied to the positive electrode of said planar type solid oxide fuel cell, the oxygen (O 2), the second electrolyte, and is fed to meet the catalytic reaction zone the oxygen ions and electrons and the reaction brought to the anode (O 2-) Lt; / RTI > The reduced oxygen ions move to the cathode through the electrolyte membrane, and hydrogen (H 2 ), hydrogenated carbon (HC) introduced into the cathode support and the second functional cathode layer. And carbon monoxide (CO) to generate water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ), and then emit electrons again. Accordingly, the planar solid oxide fuel cell capable of efficiently producing electricity through an external circuit can be provided.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법 중 제1 및 제2 기능성 음극막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법 중 제1 및 제2 전해질 막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법 중 제1 및 제2 전해질 막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 단계별 실제 제조 공정을 나타낸 이미지들이다.
도 9은 본 발명의 실시 예 및 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료 전지를 사용하는 발전용 연료 전지 시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a step of forming first and second functional cathode films in a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining steps of forming first and second electrolyte films in a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a step of forming first and second electrolyte films in a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention.
8 is a view showing an actual manufacturing process of a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view for explaining an example of a fuel cell system for power generation using a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment and a modification of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법 중 제1, 제2 기능성 음극막 및 제1, 제2 전해질 막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. And FIGS. 3 to 4 are views for explaining the steps of forming the first and second functional cathode layers and the first and second electrolyte layers in the manufacturing method of the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention .

도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 면(first surface, 100a) 및 상기 제1 면(100a)에 대향하는 제2 면(second surface, 100b)을 포함하는 음극 지지체(anode support, 100)가 준비되고, 상기 음극지지체(100)에 기계적 강도를 부여하기 위해 상기 음극지지체(100)는 제1 열처리(first thermal treatment)될 수 있다(S100).1 to 4, there is shown an anode support 100 including a first surface 100a and a second surface 100b opposite the first surface 100a, And the cathode support 100 may be subjected to a first thermal treatment to impart mechanical strength to the cathode support 100 (S100).

상기 음극 지지체(100)는, 금속 산화물(metal oxide)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물은, 니켈 산화물(NiO), GDC(Gd-doped Ceria), 산화세륨(CeO2), 또는 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체(100)는, 테이프 캐스팅 공정(tape casting process)에 의해 박막(thin film) 형태로 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 지지체(100)를 제조하는 방법은, 제1 기계적 혼합화 공정(first physical mixing process), 제2 기계적 혼합화 공정(second physical mixing process), 탈포 공정(de-airing process), 상기 테이프 캐스팅 공정, 및 건조 공정(drying process)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기계적 혼합화는, 볼 밀링(ball milling)일 수 있다.The cathode support 100 may include a metal oxide. According to one embodiment, the metal oxide may include at least one of nickel oxide (NiO), Gd-doped ceria (GDC), cerium oxide (CeO 2 ), and yttria stabilized zirconia (YSZ). Also, according to one embodiment, the cathode support 100 may be manufactured in the form of a thin film by a tape casting process. Specifically, the method for manufacturing the cathode support 100 includes a first physical mixing process, a second physical mixing process, a de-airing process, The tape casting process, and a drying process. For example, the mechanical mixing may be ball milling.

상기 제1 기계적 혼합화 공정은, 상기 금속 산화물에 분산제(dispersant), 및 용매를 첨가한 후, 볼 밀링하여 제1 혼합용액(first mixed solution)을 제조하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제는, 맨하든 피쉬오일(Menhaden fish oil)일 수 있다. 또한, 상기 용매는, 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는, 에틸알콜(ethyl alcohol), 또는 톨루엔(toluene)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물에 상기 용매인 상기 에틸알콜 및/또는 상기 톨루엔과 상기 분산제인 상기 맨하든 피쉬오일이 첨가된 후, 24시간 동안 볼 밀링되어, 상기 제1 혼합용액이 제조될 수 있다.The first mechanical mixing step may include adding a dispersant and a solvent to the metal oxide, and then ball milling the mixed oxide to prepare a first mixed solution. For example, the dispersing agent may be Menhaden fish oil. In addition, the solvent can be used for an organic solvent. For example, the solvent may be ethyl alcohol, or toluene. According to one embodiment, the ethyl alcohol and / or the toluene as the solvent and the Manhattan fish oil as the dispersant are added to the metal oxide, and then ball milled for 24 hours to prepare the first mixed solution .

상기 제2 기계적 혼합화 공정은, 상기 제1 혼합용액에 결합제(bonding agent), 및 가소제(plasticizer)를 첨가한 후, 볼 밀링하여 제2 혼합용액(second mixed solution)을 제조하는 것을 포함할 수 있다. 상기 결합제는 비닐(vinyl)계 결합제일 수 있고, 상기 가소제는 프탈레이트(phthalate)계 가소제일 수 있다. 예를 들어, 상기 결합제는 PVB(polyvinyl butyral) 또는 PVA(polyvinyl alcohol)일 수 있고, 상기 가소제는 BBP(Butylbenzyl phthalate), DBP(Dibutyl phthalate), 또는 DEHP(Di-(2-ethylene)phthalate)) 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 혼합용액에 상기 가소제인 BBP 및 상기 결합제인 PVB가 첨가된 후, 24시간 동안 볼 밀링되어, 상기 제2 혼합용액이 제조될 수 있다.The second mechanical mixing step may include adding a bonding agent and a plasticizer to the first mixed solution and then ball milling the mixed solution to prepare a second mixed solution. have. The binder may be a vinyl based binder, and the plasticizer may be a phthalate plasticizer. For example, the binder may be PVB (polyvinyl butyral) or PVA (polyvinyl alcohol), and the plasticizer may be selected from the group consisting of Butylbenzyl phthalate (BBP), Dibutyl phthalate (DBP) or Di- . ≪ / RTI > According to one embodiment, the plasticizer BBP and the binder PVB may be added to the first mixed solution, followed by ball milling for 24 hours to prepare the second mixed solution.

상기 탈포 공정은, 상기 제2 혼합용액 내에 포함된 기포를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 진공 펌프(vacuum pump)에 의해, 상기 제1, 제2 기계적 혼합화 공정을 통해 상기 제1 혼합용액 및 상기 제2 혼합용액 내로 혼입된 기포가 제거될 수 있다.The defoaming process may include removing bubbles contained in the second mixed solution. According to one embodiment, the first mixed solution and the bubbles mixed into the second mixed solution can be removed by the vacuum pump through the first and second mechanical mixing processes.

상기 테이프 캐스팅 공정은, 탈포된 상기 제2 혼합 용액을 이용하여, 균일한 두께를 갖는 박막 형태의 상기 음극 지지체(100)를 제조하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체의 두께는, 500 내지 1000㎛일 수 있다.The tape casting step may include manufacturing the cathode support 100 in the form of a thin film having a uniform thickness using the defoamed second mixed solution. According to one embodiment, the thickness of the cathode support may be 500 to 1000 mu m.

상기 건조 공정은, 상기 음극 지지체(100) 내에 포함된 용매를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 상기 건조 공정에 사용되는 건조기의 형태로는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 건조기는, 진공오븐(vacuum oven), 히터(Heater), 핫 플레이트(Hot plate), 또는 가열 코일(Heating coil) 중에서 어느 하나일 수 있다.The drying step may include removing the solvent contained in the cathode support 100. The type of the dryer used in the drying process is not particularly limited. For example, the dryer may be any one of a vacuum oven, a heater, a hot plate, and a heating coil.

또한, 상기 음극 지지체를 준비하는 단계는, 상기 음극 지지체에 기계적 강도를 부여하기 위해, 상기 음극 지지체가 제1 열처리(first thermal treatment)되는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 열처리에 의해, 상기 음극지지체에 포함된 상기 결합제 및 상기 가소제 등이 제거됨으로써, 상기 음극지지체에 약간의 기계적 결합력이 부여될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 열처리의 온도는, 후술되는 제2 열처리(second thermal treatment)의 온도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열처리 온도는, 900℃일 수 있다.The step of preparing the negative electrode support may further include a first thermal treatment of the negative electrode support to impart mechanical strength to the negative electrode support. By the first heat treatment, the binder and the plasticizer contained in the negative electrode support are removed, so that a slight mechanical force can be applied to the negative electrode support. According to one embodiment, the temperature of the first heat treatment may be higher than the temperature of a second thermal treatment described later. For example, the first heat treatment temperature may be 900 ° C.

상기 제2 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 및 상기 제2 면(100b) 중 상기 제1 면(100a) 상에 유기질(organic compound)을 포함하는 희생막(sacrificial film, 140)이 형성될 수 있다(S200). A sacrificial layer including an organic compound is formed on the first surface 100a of the cathode support 100 and the first surface 100a of the second surface 100b by the second heat treatment sacrificial film 140 may be formed (S200).

상기 제2 열처리에 사용되는 가열기의 형태로는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 가열기는, 히터(heater), 핫 플레이트(hot plate), 또는 가열 코일(heating coil) 중에서 어느 하나일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 상기 희생막은, 적어도 파라필름(parafilm) 및 파라핀 왁스(paraffin wax) 중 하나를 포함할 수 있다.The type of the heater used in the second heat treatment is not particularly limited. For example, the heater may be any one of a heater, a hot plate, and a heating coil. Also, according to one embodiment, the sacrificial membrane may comprise at least one of parafilm and paraffin wax.

상기 음극 지지체(100) 상에 상기 희생막(140)이 배치된 후, 상기 제2 열처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 열처리의 온도는, 50℃일 수 있다. 상기 제2 열처리에 의해, 상기 희생막(140)의 적어도 일부가 용융되어, 용융막(melt film)이 생성될 수 있다. 상기 희생막(140)이 배치된 상기 음극 지지체(100)에 대한 상기 제2 열처리가 수행된 후, 실온으로 온도가 하강함에 따라, 상기 용융막은, 다시 고체 상태의 상기 희생막(140)으로 상변화(phase-change)될 수 있다. 상기 용융막이 상기 유기질막(140)으로 상변화되는 동시에, 상기 유기질막(140)은, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 접합될 수 있다. 이로써, 상기 희생막(140)은 상기 제1 면(100a)과 치밀한 접합 계면을 형성할 수 있다.After the sacrificial layer 140 is disposed on the cathode support 100, the second heat treatment may be performed. For example, the temperature of the second heat treatment may be 50 캜. By the second heat treatment, at least a part of the sacrificial film 140 may be melted to form a melt film. After the second heat treatment is performed on the cathode support 100 on which the sacrificial layer 140 is disposed, as the temperature is lowered to the room temperature, the molten layer is further transferred to the sacrificial layer 140 in the solid state, Can be phase-changed. The molten film may be phase-changed into the organic film 140 and the organic film 140 may be bonded onto the first surface 100a of the cathode support 100. [ Thus, the sacrificial layer 140 can form a dense bonded interface with the first surface 100a.

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체(140)의 상기 제1 면(100a) 상에 상기 파라필름이 배치될 수 있다. 상기 제2 열처리에 의해, 상기 파라필름의 적어도 일부가 용융되어, 상기 용융막이 생성될 수 있다. 실온으로 온도가 하강함에 따라, 상기 용융막이 다시 고체 상태의 상기 파라필름으로 상변화되면서, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 접합될 수 있다. According to one embodiment, the parafilm may be disposed on the first surface 100a of the cathode support 140. [ By the second heat treatment, at least a part of the parafilm can be melted, and the molten film can be produced. As the temperature falls to room temperature, the molten film may be bonded onto the first surface 100a of the cathode support 100 while being phase-changed again to the para-film in the solid state.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 분말(powder) 형태의 상기 파라핀 왁스가 분사될 수 있다. 상기 제2 열처리에 의해, 분말 형태의 상기 파라핀 왁스의 적어도 일부가 용융되어, 상기 용융막이 생성될 수 있다. 실온으로 온도가 하강함에 따라, 상기 용융막이 다시 고체 상태의 상기 파라핀 왁스로 상변화되면서, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 접합될 수 있다. Also, according to one embodiment, the paraffin wax in the form of powder may be sprayed onto the first surface 100a of the cathode support 100. By the second heat treatment, at least a part of the paraffin wax in powder form can be melted, and the molten film can be produced. As the temperature falls to room temperature, the molten film may be bonded onto the first surface 100a of the cathode support 100 while being phase-changed again to the paraffin wax in the solid state.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 유기질을 포함하는 용액을 코팅한 후, 상기 제2 열처리하여 상기 음극지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 상기 희생막(100)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기질을 포함하는 용액은, 용매에 유기 바인더(ex. PVB)가 첨가되어 제조될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a solution containing organic material is coated on the first surface 100a of the cathode support 100, and then the second surface of the cathode support 100 is coated with a solution containing organic The sacrificial layer 100 may be formed on the sacrificial layer 100a. For example, the organic solution may be prepared by adding an organic binder (e.g., PVB) to a solvent.

상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 제1 용액(first solution,120)에 침지되어, 상기 희생막(140) 상에 제1 기능성 음극막(first anode functional film, 121)이 형성되고, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 제2 기능성 음극막(second anode functional film, 122)이 함께 형성될 수 있다(S300). The cathode support 100 on which the sacrificial layer 140 is formed is immersed in a first solution 120 to form a first anode functional film 121 on the sacrificial layer 140 And a second anode functional film 122 may be formed on the second surface 100b of the cathode support 100 in operation S300.

상기 제1 용액(120)은, 금속 산화물 분말을 포함하는 콜로이달 용액(colloidal solution)일 수 있다. 상기 제1 용액(120)은, 상기 금속 산화물 분말, 상기 분산제, 상기 결합제, 및 상기 가소제가 유기 용매에 혼합되어 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 분말은, 니켈 산화물(NiO) 및 GDC(Gd-doped Ceria)가 혼합된 분말, 또는 니켈 산화물(NiO) 및 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)가 혼합된 분말일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 분산제는, 맨하든 피쉬오일일 수 있고, 상기 결합제는, PVB(polyvinyl butyral)일 수 있고, 상기 가소제는, BBP(Butylbenzyl phthalate)일 수 있고, 상기 유기 용매는, 에틸알콜(ethyl alcohol), 및/또는 톨루엔(toluene)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 분말인 니켈 산화물(NiO) 및 GDC(Gd-doped Ceria)가 혼합된 분말과 상기 분산제인 맨하든 피쉬오일이 상기 유기 용매인 상기 에틸알콜 및 상기 톨루엔에 첨가된 혼합용액은, 24시간 동안 상기 볼 밀링될 수 있다. 이후, 상기 혼합용액에 상기 결합제인 PVB(polyvinyl butyral) 및 상기 가소제인 BBP(Butylbenzyl phthalate)가 첨가된 후, 48시간 동안 상기 볼 밀링되어, 콜로이드(colloid) 상태의 상기 제1 용액이 제조될 수 있다.The first solution 120 may be a colloidal solution including a metal oxide powder. The first solution 120 may be prepared by mixing the metal oxide powder, the dispersant, the binder, and the plasticizer in an organic solvent. According to one embodiment, the metal oxide powder may be a powder mixed with nickel oxide (NiO) and GDC (Gd-doped ceria), or a mixture of nickel oxide (NiO) and YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) . Also, according to one embodiment, the dispersing agent may be mannan or fish oil, and the binder may be polyvinyl butyral (PVB), and the plasticizer may be BBP (Butylbenzyl phthalate) Ethyl alcohol, and / or toluene. According to an embodiment of the present invention, a mixture of the metal oxide powder NiO and GDC (Gd-doped ceria) and the dispersant Manhaden fish oil are added to the organic solvent and the toluene The mixed solution can be ball milled for 24 hours. Then, polyvinyl butyral (PVB) and butyl benzyl phthalate (BBP) were added to the mixed solution, followed by ball milling for 48 hours to prepare the first solution in a colloid state have.

도 3을 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 상기 제1 용액(120)에 침지되어, 상기 희생막(140) 상에 상기 제1 기능성 음극막(121)이 형성되고, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 상기 제2 기능성 음극막(122)이 형성될 수 있다. 3, the cathode support 100 formed with the sacrificial layer 140 is immersed in the first solution 120, and the sacrificial layer 140 is formed on the sacrificial layer 140, A film 121 may be formed and the second functional cathode layer 122 may be formed on the second surface 100b of the cathode support 100. [

상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)의 두께는, 상기 제1 용액(120)의 농도에 따라 조절될 수 있다. 상기 제1 용액(120)의 농도는, 상기 유기용매에 첨가되는 상기 금속 산화물 분말, 분산제, 결합제 및/또는 가소제의 양에 따라 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)의 두께는, 5 내지 20㎛일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(140)가 상기 제1 용액(120)에 3회에 걸쳐 반복적으로 침지되는 경우, 상기 희생막(140) 및 상기 음극 지지체(140)의 상기 제2 면(100b) 상에 형성되는 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)의 두께는, 20㎛일 수 있다.The thicknesses of the first functional anode layer 121 and the second functional cathode layer 122 may be adjusted according to the concentration of the first solution 120. The concentration of the first solution 120 may be adjusted depending on the amount of the metal oxide powder, the dispersant, the binder, and / or the plasticizer added to the organic solvent. According to one embodiment, the thicknesses of the first functional anode layer 121 and the second functional cathode layer 122 may be 5 to 20 탆. According to an embodiment of the present invention, when the cathode support 140 formed with the sacrificial layer 140 is repeatedly immersed in the first solution 120 three times, the sacrificial layer 140 and the cathode The thickness of the first functional negative electrode film 121 and the second functional negative electrode film 122 formed on the second surface 100b of the support 140 may be 20 占 퐉.

또한, 침지 공정에 의해 상기 음극 지지체(100) 상에 형성된 기능성 음극막들은 다공성 박막일 수 있다. 상기 침지 공정에 의해 형성된 기능성 음극막은 본 발명의 실시 예와 달리 라미네이팅 공정에 의해 형성된 기능성 음극막보다 다공도가 높을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)에 열이 공급되는 경우, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122) 내에 형성된 공동(void)에 의해, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)막이 열에 의해 수축되는 현상을 최소화할 수 있다. In addition, the functional cathode films formed on the cathode support 100 by the immersion process may be porous thin films. Unlike the embodiment of the present invention, the functional cathode film formed by the immersion process may have a higher porosity than the functional cathode film formed by the laminating process. Accordingly, when heat is supplied to the first functional negative electrode layer 121 and the second functional negative electrode layer 122, the first functional negative electrode layer 121 and the second functional negative electrode layer 122 are formed, By the void, the phenomenon that the first functional negative electrode film 121 and the second functional negative electrode film 122 are contracted by heat can be minimized.

또한, 침지 공정에 의해 상기 음극 지지체(100) 상에 형성된 기능성 음극막들은, 상기 음극 지지체(100)와 치밀한 접합 계면을 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 음극막들은 보다 풍부한 삼상계면(Triple Phase Boundary)을 제공할 수 있다. 상기 삼상계면은, 연료전지 내의 반응물질인 수소 (H2), 탄화수소(C-H)가스, 및 일산화탄소(CO)가 전해질막을 통해 이동한 산소 이온(O2-)과 동시에 만나는 접점일 수 있다. In addition, the functional cathode films formed on the cathode support 100 by the immersion process can form a dense bonded interface with the cathode support 100. Accordingly, the functional cathode films according to the embodiments of the present invention can provide a richer triple phase boundary. The three-phase interface may be a contact where hydrogen (H 2 ), hydrocarbon (CH 3) gas, and carbon monoxide (CO), which are reaction materials in the fuel cell, meet at the same time with oxygen ions (O 2- ) moved through the electrolyte membrane.

상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 제2 용액(second solution, 150)에 침지되어, 상기 제1 기능성 음극막(121) 상에 제1 전해질막(first electrolyte film, 151)이 형성되고, 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 제2 전해질막(second electrolyte film, 152)이 형성될 수 있다(S400). The first functional negative electrode layer 121 and the negative electrode support 100 on which the second functional negative electrode layer 122 is formed are immersed in a second solution 150 to form the first functional negative electrode layer 121, And a second electrolyte film 152 may be formed on the second functional cathode layer 122 in operation S400. The first electrolyte layer 151 may be formed on the second functional anode layer 122.

상기 제2 용액(150)은, 상기 제1 용액(120)과 마찬가지로, 금속 산화물 분말을 포함하는 콜로이달 용액(colloidal solution)일 수 있다. 상기 제2 용액(150)은, 상기 금속 산화물 분말, 상기 분산제, 상기 결합제, 및 상기 가소제가 유기 용매에 혼합되어 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 분말은, GDC(Gd-doped Ceria) 분말, 또는 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) 분말일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 분산제는, 맨하든 피쉬오일일 수 있고, 상기 결합제는, PVB(polyvinyl butyral)일 수 있고, 상기 가소제는, BBP(Butylbenzyl phthalate)일 수 있고, 상기 유기 용매는, 에틸알콜(ethyl alcohol), 및/또는 alpa-terpineol일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 분말인 GDC 분말 및 상기 분산제인 맨하든 피쉬오일이 상기 유기 용매인 상기 에틸알콜 및 상기 alpa-terpineol에 첨가된 혼합용액은, 24시간 동안 상기 볼 밀링될 수 있다. 이후, 상기 혼합용액에 상기 결합제인 PVB(polyvinyl butyral) 및 상기 가소제인 BBP(Butylbenzyl phthalate)가 첨가된 후, 48시간 동안 상기 볼 밀링되어, 콜로이드(colloid) 상태의 상기 제2 용액(150)이 제조될 수 있다.The second solution 150 may be a colloidal solution including a metal oxide powder, like the first solution 120. The second solution 150 may be prepared by mixing the metal oxide powder, the dispersant, the binder, and the plasticizer in an organic solvent. According to one embodiment, the metal oxide powder may be GDC (Gd-doped Ceria) powder or YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) powder. Also, according to one embodiment, the dispersing agent may be mannan or fish oil, and the binder may be polyvinyl butyral (PVB), and the plasticizer may be BBP (Butylbenzyl phthalate) Ethyl alcohol, and / or alpa-terpineol. According to one embodiment, the GDC powder as the metal oxide powder and the mixed solution of Manhaden fish oil as the dispersant added to the ethyl alcohol and alpa-terpineol as the organic solvent can be ball-milled for 24 hours . Thereafter, PVB (polyvinyl butyral) as the binder and BBP (butyl benzyl phthalate) as the plasticizer were added to the mixed solution, followed by ball milling for 48 hours so that the second solution 150 in a colloid state .

도 4를 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 상기 제2 용액(150)에 침지되어, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 상기 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)이 각각 형성될 수 있다. 도 3을 참조하여 설명된 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)과 같이, 상기 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)의 두께는, 상기 제2 용액(150)의 농도에 따라 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)의 두께는, 5 내지 20㎛일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)이 형성된 상기 음극 지지체(140)가 상기 제2 용액(150)에 3회에 걸쳐 반복적으로 침지되는 경우, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 20㎛ 두께를 갖는 상기 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)이 형성될 수 있다.4, the cathode support 100 having the first functional cathode layer 121 and the second functional cathode layer 122 formed thereon is immersed in the second solution 150, The first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 may be formed on the first functional negative electrode layer 121 and the second functional negative electrode layer 122, respectively. The thicknesses of the first electrolyte membrane 151 and the second electrolyte membrane 152, such as the first functional anode layer 121 and the second functional cathode layer 122 described with reference to FIG. 3, May be adjusted according to the concentration of the second solution (150). According to one embodiment, the thickness of the first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 may be 5 to 20 占 퐉. According to an embodiment of the present invention, the anode support 140 having the first functional cathode layer 121 and the second functional cathode layer 122 formed thereon may be repeatedly applied to the second solution 150 three times The first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 having a thickness of 20 mu m are formed on the first functional negative electrode layer 121 and the second functional negative electrode layer 122, .

또한, 침지 공정에 의해 상기 음극 지지체(100) 상에 형성된 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)은 치밀한 박막(dense thin film)일 수 있다.Also, the first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 formed on the cathode support 100 by the immersion process may be a dense thin film.

이에 따라, 외부로부터 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 공기극인 양극(cathode, 170)으로 유입된 산소(O2)가 환원되어 생성된 산소 이온(O2-)이 상기 제2 전해질막(152)을 통해 상기 평판형 고체 산화물 연료전지 내의 상기 제2 기능성 음극막(122)의 삼상계면으로 용이하게 이동할 수 있다.Accordingly, the oxygen ion (O 2- ) generated by reducing oxygen (O 2 ) introduced into the cathode (cathode) 170 of the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention from the outside is reduced 2 electrolyte membrane 152 to the three-phase interface of the second functional cathode layer 122 in the planar solid oxide fuel cell.

상술된 바와 같이, 상기 침지 공정에 의해 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 형성된 상기 제2 전해질막(152)은 치밀한 구조의 박막일 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 상기 음극으로 유입된 수소(H2), 탄화수소(C-H), 및 일산화탄소(CO)가 상기 제2 전해질막(152)을 통해 유입된 산소 이온(O2-)과 반응하여, 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)를 생성하고, 전자를 내보낼 수 있다. As described above, the second electrolyte membrane 152 formed on the second surface 100b of the cathode support 100 by the immersion process may be a dense thin film. Accordingly, hydrogen (H 2 ), hydrocarbon (CH 3), and carbon monoxide (CO) introduced into the cathode of the planar solid oxide fuel cell from the outside are removed from the oxygen ions introduced through the second electrolyte membrane 152 O 2 - ) to generate water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ), and to emit electrons.

제3 열처리(third thermal treatment)에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상의 상기 희생막(140), 상기 제1 기능성 음극막(121), 및 상기 제1 전해질막(151)이 제거될 수 있다(S500). The sacrifice layer 140, the first functional cathode layer 121, and the first electrolyte layer (not shown) on the first surface 100a of the cathode support 100 are subjected to a third thermal treatment 151 may be removed (S500).

상기 제3 열처리에 사용되는 가열기의 형태로는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 가열기는, 전기로(electric oven), 히터(heater), 핫 플레이트(hot plate) 또는 가열 코일(heating coil) 중에서 어느 하나일 수 있다. 상기 제3 열처리 온도는, 상기 제2 열처리 온도보다 높을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 열처리의 온도는, 400 내지 900℃일 수 있다. The type of the heater used in the third heat treatment is not particularly limited. For example, the heater may be any one of an electric oven, a heater, a hot plate, and a heating coil. The third heat treatment temperature may be higher than the second heat treatment temperature. According to one embodiment, the temperature of the third heat treatment may be 400 to 900 ° C.

상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막(140)은 번아웃(burn-out)될 수 있다. 다시 말해서, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 형성된 상기 희생막(140)은, 상기 제3 열처리에 의해, 태워져 제거될 수 있다. 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 형성된 상기 희생막(140)이 제거됨에 따라, 상기 희생막 상에 형성된 상기 제1 기능성 음극막(121), 및 상기 제1 전해질막(151)은, 상기 희생막(140)과 함께 용이하게 제거될 수 있다.By the third heat treatment, the sacrificial layer 140 may be burned-out. In other words, the sacrificial film 140 formed on the first surface 100a of the cathode support 100 can be burned and removed by the third heat treatment. As the sacrificial layer 140 formed on the first surface 100a of the cathode support 100 is removed, the first functional negative electrode layer 121 formed on the sacrificial layer, The sacrificial layer 151 may be easily removed together with the sacrificial layer 140.

또한, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 형성된 상기 희생막(140), 상기 제1 기능성 음극막(121), 및 상기 제1 전해질막(151)이 제거되는 동시에, 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)에 열이 공급되어 부분소결(partially sintering)될 수 있다. 이에 따라, 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)의 기계적 강도가 향상될 수 있다. 또한, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)이 부분소결되어, 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)의 구조가 더 치밀해지고, 상기 제2 기능성 음극막(122) 내에 포함된 입자는, 미세화될 수 있다. 특히, 상기 제2 기능성 음극막(122) 내에 포함된 상기 미세한 입자로 인해, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지 내 반응물질들(수소(H2), 탄화수소(C-H), 일산화 탄소(CO) 및 산소 이온(O2-))의 산화 및 환원 반응이 일어나는 상기 제2 기능성 음극막(122) 및 상기 제2 전해질막(152)의 접촉에 의해 형성되는 상기 삼상계면이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 기능성 음극막(122) 및 상기 제2 전해질막(152)을 통해 상기 삼상계면에 도달된 상기 반응물질들(수소(H2), 탄화수소(C-H)가스, 일산화 탄소(CO), 및 산소 이온(O2-))의 산화 및 환원 반응 효율이 향상될 수 있다.The sacrificial layer 140, the first functional cathode layer 121, and the first electrolyte layer (not shown) formed on the first surface 100a of the cathode support 100 may be formed by the third heat treatment, 151 may be removed and heat may be supplied to the cathode support 100, the second functional cathode layer 122, and the second electrolyte layer 152 to be partially sintered. Accordingly, the mechanical strength of the cathode support 100, the second functional cathode layer 122, and the second electrolyte layer 152 can be improved. The cathode support 100, the second functional cathode layer 122 and the second electrolyte layer 152 are partially sintered by the third heat treatment to form the cathode support 100, The structure of the functional negative electrode film 122 and the second electrolyte film 152 becomes more dense and the particles contained in the second functional negative electrode film 122 can be refined. Particularly, due to the fine particles contained in the second functional cathode layer 122, the reactants (hydrogen (H 2 ), hydrocarbon (CH), carbon monoxide (CO), and oxygen The three-phase interface formed by the contact of the second functional cathode layer 122 and the second electrolyte layer 152 where the oxidation and reduction reaction of the ions (O < 2- >) occurs takes place. Accordingly, the reactants (hydrogen (H 2 ), hydrocarbon (CH 3) gas, carbon monoxide (CO 2 ), and the like), which have reached the three-phase interface through the second functional cathode layer 122 and the second electrolyte layer 152, ), And the oxygen ion (O < 2- >)) can be improved.

단계 S500을 설명함에 있어서, 상기 희생막(140)을 상기 음극 지지체(100)로부터 제거하기 위해 상기 제3 열처리를 수행함을 설명하였으나, 이와 달리, 상기 희생막(140)은 상기 음극 지지체(100)로부터 유기 용매에 의하여 제거할 수도 있다.The sacrificial layer 140 is formed on the surface of the cathode support 100 in order to remove the sacrificial layer 140 from the anode support 100. However, May be removed by an organic solvent.

상술된 바와 같이, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막(140), 상기 제1 기능성 음극막(121), 및 상기 제2 전해질막(152)이 제거되어, 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)이 차례로 적층된 구조의 반전지(half-cell)가 제조될 수 있다. As described above, the sacrificial layer 140, the first functional cathode layer 121, and the second electrolyte layer 152 are removed by the third heat treatment, and the cathode support 100, A second half-cell having a structure in which the second functional cathode layer 122 and the second electrolyte layer 152 are stacked in this order can be manufactured.

상기 제2 전해질막(152) 상에 상기 양극(170)이 형성되기 전, 차례로 적층된 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)은 제4 열처리(forth thermal treatment)에 의해 소결(sintering)되어 치밀한 막으로 형성될 수 있다(S600).The cathode support 100, the second functional cathode layer 122, and the second electrolyte layer 152, which are stacked in order before the anode 170 is formed on the second electrolyte layer 152, And then sintered by a fourth thermal treatment to form a dense film (S600).

일 실시 예에 따르면, 상기 제4 열처리의 온도는, 1400 내지 1500℃일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제4 열처리에 사용되는 가열기는, 전기로(electric oven)일 수 있다.According to one embodiment, the temperature of the fourth heat treatment may be 1400 to 1500 ° C. Also, according to one embodiment, the heater used in the fourth heat treatment may be an electric oven.

상기 치밀화된 상기 제2 전해질막(152) 상에 페이스트(paste) 형태의 양극 재료가 제공되어 양극막이 형성될 수 있다(S700).A paste type cathode material may be provided on the densified second electrolyte film 152 to form a cathode film (S700).

일 실시 예에 따르면, 상기 양극막은, LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)-GDC(Gd-doped Ceria), 또는 LSM (La0.8Sr0.2MnO3-δ)-YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 양극막은, 스크린 프린팅 공정(screen printing process)에 의해, 상기 제2 전해질막(152) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 스크린 프린팅 공정에 의해, 상기 LSCF-GDC, 또는 LSM-YSZ 페이스트를 상기 제2 전해질막(152) 상에 코팅한 후, 건조 및 가열 공정을 통해 상기 페이스트 내에 포함된 용매를 제거함으로써, 상기 제2 전해질막(152) 상에 상기 양극막을 형성할 수 있다.According to one embodiment, the positive electrode film is made of LSCF (La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 -δ) -GDC (Gd-doped Ceria) or LSM (La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 -δ) -YSZ Stabilized Zirconia). Also, according to one embodiment, the anode film may be formed on the second electrolyte film 152 by a screen printing process. Specifically, the LSCF-GDC or LSM-YSZ paste is coated on the second electrolyte membrane 152 by the screen printing process, and then the solvent contained in the paste is removed through a drying and heating process , The positive electrode film may be formed on the second electrolyte film 152.

상기 양극막은 제5 열처리(fifth thermal treatment)되어, 다공성의 양극(cathode, 170)이 형성될 수 있다(S800). The cathode film may be subjected to a fifth thermal treatment so that a porous cathode 170 may be formed (S800).

상기 양극(170)에 형성된 공동(void)에 의해, 외부로부터 상기 양극(170)으로 유입된 산소(O2)가 상기 양극(170) 내부를 용이하게 이동할 수 있다.Oxygen (O 2 ) introduced into the anode 170 from the outside can easily move through the anode 170 by a void formed in the anode 170.

상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따르면, 테이프 캐스팅 공정에 의해, 음극 지지체 상에 기능성 음극막이 형성될 수 있다. 다시 말해서, 음극 지지체 상에 딥코팅 공정을 이용하여 기능성 음극막을 형성하는 공정이, 음극 지지체 상에 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 기능성 음극막을 형성하는 공정으로 대체될 수 있다. 도 5 및 도 6를 참조하여 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법이 설명된다.Unlike the embodiments of the present invention described above, according to a modification of the embodiment of the present invention, a functional cathode film may be formed on a cathode support by a tape casting process. In other words, the process of forming a functional negative electrode film using a dip coating process on a negative electrode support may be replaced with a process of forming a functional negative electrode film using a tape casting process on a negative electrode support. A method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

도 5는 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 6는 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 대한 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법 중 제1, 제2 전해질 막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view of a planar solid oxide fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention. 7 is a view for explaining a step of forming first and second electrolyte films in a method of manufacturing a planar solid oxide fuel cell according to a modification of the embodiment of the present invention .

도 5 및 도 6를 참조하면, 제1 면(100a) 및 상기 제1 면(100a)에 대향하는 제2 면(100b)을 포함하는 음극 지지체(100)가 준비될 수 있다(S1100).5 and 6, a cathode support 100 including a first surface 100a and a second surface 100b facing the first surface 100a may be prepared (S1100).

도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 음극 지지체(100)는, 금속 산화물을 포함할 수 있고, 테이프 캐스팅 공정에 의해 박막 형태로 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 음극 지지체(100)의 두께는 500~1000㎛일 수 있다.As described with reference to FIGS. 1 and 2, the cathode support 100 may include a metal oxide, and may be manufactured in a thin film form by a tape casting process. According to one embodiment, the thickness of the cathode support 100 may be 500 to 1000 탆.

라미네이팅에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 및 상기 제2 면(100b) 중 상기 제1 면(100a) 상에 기능성 음극막(121a)이 형성되고, 상기 음극 지지체(100) 및 상기 기능성 음극막(121a)에 기계적 강도를 부여하기 위해 상기 음극지지체(100) 및 상기 기능성 음극막(121a)은 상기 제1 열처리될 수 있다(S1200).A functional negative electrode film 121a is formed on the first surface 100a of the first surface 100a and the second surface 100b of the negative electrode support 100 by laminating, The negative electrode support 100 and the functional negative electrode film 121a may be subjected to the first heat treatment to impart mechanical strength to the functional negative electrode film 100 and the functional negative electrode film 121a.

상기 기능성 음극막(121a)은, 상기 테이프 캐스팅 공정에 의해 제조될 수 있다. 다시 말해서, 상기 기능성 음극막(121a)은, 상기 음극 지지체(100)의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 금속 산화물 분말을 포함하는 콜로이드 형태의 제1 용액(120)이 제조될 수 있다. 상기 제1 용액(120)이 상기 테이프 캐스팅 공정 처리되어, 균일한 두께를 갖는 상기 기능성 음극막(121a)이 제조될 수 있다. 상기 기능성 음극막(121a)은 상기 음극 지지체(100) 상에 배치된 후, 상기 음극 지지체(100) 및 상기 기능성 음극막(121)은 가열된 금속판들 사이에 배치될 수 있다. 상기 가열된 금속판들로부터 상기 음극 지지체(100) 및 상기 기능성 음극막(121a)에 열 및 압력이 제공되어, 상기 음극 지지체(100) 및 상기 기능성 음극막 (212a)은 라미네이팅될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 가열된 금속판들의 온도는, 80℃일 수 있다.The functional cathode film 121a may be manufactured by the tape casting process. In other words, the functional negative electrode film 121a may be manufactured in the same manner as the negative electrode support 100. As described with reference to FIGS. 1, 2, and 3, a first solution 120 in the form of a colloid comprising a metal oxide powder may be prepared. The first solution 120 is subjected to the tape casting process so that the functional negative electrode film 121a having a uniform thickness can be manufactured. After the functional cathode layer 121a is disposed on the cathode support 100, the cathode support 100 and the functional cathode layer 121 may be disposed between the heated metal plates. Heat and pressure are applied to the cathode support 100 and the functional cathode 121a from the heated metal plates so that the cathode support 100 and the functional cathode layer 212a can be laminated. According to one embodiment, the temperature of the heated metal plates may be 80 ° C.

또한, 라미네이팅된 상기 음극 지지체(100) 및 상기 기능성 음극막(121a)은, 상기 제1 열처리에 의해 프리신터링(pre-sintering)될 수 있다. 상기 제1 열처리 온도는, 900℃일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 열처리에 사용되는 가열기는, 전기로(electric oven)일 수 있다.Also, the cathode support 100 and the functional cathode 121a laminated may be pre-sintered by the first heat treatment. The first heat treatment temperature may be 900 캜. Also, according to one embodiment, the heater used in the first heat treatment may be an electric oven.

상기 제1 열처리는, S1100 단계에서 개시된 상기 음극 지지체(100)를 준비하는 단계 이후, 추가로 더 수행될 수 있다. 다시 말해서, 상기 음극 지지체(100)에 기계적 강도를 부여하기 위해, 상기 음극지지체(100)에 대하여 상기 제1 열처리가 1차적으로 수행된 후, 상술된 바와 같이, 상기 음극 지지체(100) 상에 상기 기능성 음극막(121a)이 형성된 후, 상기 음극 지지체(100) 및 상기 기능성 음극막(121a)에 기계적 강도를 부여하기 위해, 상기 음극지지체(100) 및 상기 기능성 음극막(121a)에 대하여 상기 제1 열처리가 2차적으로 수행될 수 있다.The first heat treatment may be further performed after the step of preparing the cathode support 100 disclosed in step S1100. In other words, in order to impart the mechanical strength to the cathode support 100, after the first heat treatment is primarily performed with respect to the cathode support 100, the cathode support 100 is formed on the cathode support 100 After the functional negative electrode film 121a is formed, the negative electrode substrate 100 and the functional negative electrode film 121a may be subjected to the above-described process for imparting mechanical strength to the negative electrode substrate 100 and the functional negative electrode film 121a. The first heat treatment may be performed secondarily.

제2 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 및 상기 제2 면(100b) 중 상기 제2 면(100b) 상에 유기질을 포함하는 희생막(140)이 형성될 수 있다(S1300). A sacrificial film 140 containing organic matter is formed on the first surface 100a of the cathode support 100 and the second surface 100b of the second surface 100b by the second heat treatment (S1300).

도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 음극 지지체(100) 상에 상기 희생막(140)이 배치된 후, 상기 제2 열처리에 의해, 상기 희생막(140)의 적어도 일부가 용융되어, 용융막이 생성될 수 있다. 실온으로 온도가 하강함에 따라, 상기 용융막은 다시 고체 상태의 상기 희생막(140)으로 상변화되는 동시에, 상기 희생막(140)은 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 접합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 열처리의 온도는, 50℃일 수 있다.As described with reference to FIGS. 1 and 2, after the sacrificial layer 140 is disposed on the cathode support 100, at least a part of the sacrificial layer 140 is melted by the second heat treatment So that a molten film can be produced. As the temperature is lowered to room temperature, the molten film is further phase-changed into the sacrificial layer 140 in a solid state, and the sacrificial layer 140 is formed on the second surface 100b of the cathode support 100 Can be bonded. According to one embodiment, the temperature of the second heat treatment may be 50 ° C.

상기 기능성 음극막(121a) 및 상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 전해질 용액(150)에 침지되어, 상기 기능성 음극막(121a) 상에 제1 전해질막(151)이 형성되고, 상기 희생막(140) 상에 제2 전해질막(152)이 함께 형성될 수 있다(S1400). The functional anode layer 121a and the cathode support 100 formed with the sacrificial layer 140 are immersed in the electrolyte solution 150 to form a first electrolyte layer 151 on the functional cathode layer 121a And a second electrolyte layer 152 may be formed on the sacrificial layer 140 (S1400).

상기 전해질 용액(150)은, 도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하여 설명된 상기 제2 용액(150)과 동일한 방벙으로 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 전해질 용액(150)은, 금속 산화물 분말을 포함하는 콜로이달 용액일 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 기능성 음극막(121a) 및 상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 상기 전해질 용액(150)에 침지되어, 상기 기능성 음극막(121a) 및 상기 희생막(140) 상에 상기 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)이 형성될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)의 두께는, 상기 제2 용액(150)의 농도에 따라 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전해질막(151) 및 상기 제2 전해질막(152)의 두께는, 5 내지 20㎛일 수 있다.The electrolyte solution 150 may be prepared in the same manner as the second solution 150 described with reference to FIGS. 1, 2, and 4. Accordingly, the electrolyte solution 150 may be a colloidal solution containing a metal oxide powder. 7, the functional negative electrode layer 121a and the negative electrode support 100 having the sacrificial layer 140 are immersed in the electrolyte solution 150 to form the functional negative electrode layer 121a and the sacrificial layer 140, The first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 may be formed on the first electrode layer 140. As described above, the thickness of the first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 can be adjusted according to the concentration of the second solution 150. According to one embodiment, the thickness of the first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 may be 5 to 20 占 퐉.

상기 음극 지지체(100)가 상기 제2 용액(150)에 침지되어, 상기 음극 지지체(100) 상에 형성된 상기 제1 전해질말(151) 및 상기 제2 전해질막(152)은, 상기 제3 및 4 열처리를 진행한 후, 치밀한 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 양극(170) 내로 유입된 산소(O2)가 환원되어 생성된 산소 이온(O2-)이 상기 제1 전해질막(151)을 통해 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 상기 기능성음극막(121a) 내의 상기 삼상계면으로 용이하게 이동할 수 있다. 다시 말해서, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 형성된 제1 전해질막(151)의 치밀한 구조로 인해, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지 내 상기 삼상계면에서의 수소(H2), 탄화수소(C-H)가스, 및 일산화 탄소(CO)와 산소 이온(O2-)와의 반응효율이 향상될 수 있다. The negative electrode support 100 is immersed in the second solution 150 so that the first electrolyte electrode 151 and the second electrolyte membrane 152 formed on the negative electrode support 100 are electrically connected to the third and fourth electrodes 150, 4 After the heat treatment, it can have a dense structure. Accordingly, the oxygen ions (O 2- ) generated by reducing oxygen (O 2 ) introduced into the anode (170) of the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention from the outside are supplied to the first electrolyte membrane 151 to the three-phase interface in the functional cathode layer 121a of the planar solid oxide fuel cell. In other words, due to the dense structure of the first electrolyte membrane 151 formed on the first surface 100a of the cathode support 100, the hydrogen (H 2) at the three phase interface in the planar solid oxide fuel cell ), Hydrocarbon (CH 3) gas, and carbon monoxide (CO) and oxygen ions (O 2- ) can be improved.

제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상의 상기 희생막(140) 및 상기 제2 전해질막(152)이 제거될 수 있다(S1500). The sacrificial layer 140 and the second electrolyte layer 152 on the second surface 100b of the cathode support 100 may be removed by a third heat treatment in operation S1500.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막(140)은 번아웃될 수 있다. 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 형성된 상기 희생막(140)이 제거됨에 따라, 상기 희생막(140) 상에 형성된 상기 제2 전해질막(152)은, 상기 희생막(140)과 함께 용이하게 제거될 수 있다.As described with reference to FIGS. 1 and 2, by the third heat treatment, the sacrificial film 140 can burn out. As the sacrificial layer 140 formed on the second surface 100b of the cathode support 100 is removed, the second electrolyte layer 152 formed on the sacrificial layer 140 is removed from the sacrificial layer 140, Can be easily removed together with the gasket 140.

또한, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 형성된 상기 희생막(140), 및 상기 제2 전해질막(152)이 제거되는 동시에, 상기 음극 지지체(100), 상기 기능성 음극막(121a), 및 상기 제1 전해질막(151)이 부분소결될 수 있다. 이에 따라, 상기 음극 지지체(100), 상기 기능성 음극막(121a), 및 상기 제1 전해질막(151)의 기계적 강도가 향상될 수 있다. The sacrificial layer 140 and the second electrolyte layer 152 formed on the second surface 100b of the negative electrode support 100 are removed by the third heat treatment, The functional anode layer 100, the functional cathode layer 121a, and the first electrolyte layer 151 may be partially sintered. Accordingly, the mechanical strength of the cathode support 100, the functional cathode layer 121a, and the first electrolyte layer 151 can be improved.

상기 제4 열처리에 의해, 상기 제1 전해질막(151)이 치밀한 막으로 형성될 수 있다(S1600).By the fourth heat treatment, the first electrolyte film 151 may be formed as a dense film (S1600).

상술된 바와 같이, 일 실시 예에 따르면, 상기 제4 열처리의 온도는, 1400 내지 1500℃일 수 있고, 상기 제4 열처리에 사용되는 가열기는, 전기로(electric oven)일 수 있다.As described above, according to one embodiment, the temperature of the fourth heat treatment may be 1400 to 1500 ° C, and the heater used for the fourth heat treatment may be electric oven.

상기 제1 전해질막(151)의 치밀한 구조 및 상기 기능성 음극막(121a) 내에 포함된 상기 미세입자로 인해, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지 내 반응물질들(수소(H2), 탄화수소(C-H)가스, 일산화 탄소(CO), 산소 이온(O2-))의 반응이 일어나는 상기 기능성 음극막(121a) 및 상기 제1 전해질막(151)이 접하는 상기 삼상계면의 크기가 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 삼상계면에서의 상기 반응물질들(수소(H2), 탄화수소(C-H)가스, 일산화 탄소(CO), 산소 이온(O2-))의 반응 효율이 향상될 수 있다.Due to the dense structure of the first electrolyte layer 151 and the fine particles contained in the functional cathode layer 121a, the reactants (hydrogen (H 2 ), hydrocarbon (CH) The interface between the functional anode layer 121a and the first electrolyte layer 151 where the reaction of the gas, carbon monoxide (CO), and oxygen ions (O 2- ) may occur may increase. Accordingly, the reaction efficiency of the reaction materials (hydrogen (H 2 ), hydrocarbon (CH) gas, carbon monoxide (CO), oxygen ions (O 2- )) at the three phase interface can be improved.

상기 치밀화된 상기 제1 전해질막(151) 상에 페이스트(paste) 형태의 양극 재료가 제공되어 양극막이 형성될 수 있다(S1700).A paste type cathode material may be provided on the densified first electrolyte film 151 to form a cathode film S1700.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 양극막은, 상기 스크린 프린팅 공정에 의해, 상기 제1 전해질막(151) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 스크린 프린팅 공정에 의해, 상기 LSCF-GDC, 또는 LSM-YSZ 페이스트(paste)를 상기 제1 전해질막(151) 상에 코팅한 후, 건조 및 가열 공정에 의해 상기 페이스트 내에 포함된 용매가 제거되어, 상기 제1 전해질막(151) 상에 상기 양극막이 형성될 수 있다.As described with reference to FIGS. 1 and 2, the positive electrode film may be formed on the first electrolyte film 151 by the screen printing process. Specifically, the LSCF-GDC or LSM-YSZ paste is coated on the first electrolyte membrane 151 by the screen printing process, and then the solvent and the solvent contained in the paste are dried and heated So that the positive electrode film may be formed on the first electrolyte film 151.

상기 양극막은 제5 열처리(fifth thermal treatment)되어, 다공성의 양극(cathode, 170)이 형성될 수 있다(S1800). The cathode film may be subjected to a fifth thermal treatment to form a porous cathode 170 (S1800).

상술된 바와 같이, 상기 양극(170)에 형성된 공동에 의해, 외부로부터 상기 양극(170)으로 유입된 산소(O2)가 상기 양극(170) 내부를 용이하게 이동할 수 있다.As described above, oxygen (O 2 ) introduced from the outside into the anode 170 can be easily moved inside the anode 170 by the cavity formed in the anode 170.

상술된 본 발명의 실시 예 및 변형 예와 달리, 라미네이팅 공정에 의해, 평판형 고체 산화물 연료전지 제조하는 경우, 테이프 캐스팅 공정을 이용하여, 그린 테이프(green tape) 형태의 음극 지지체, 기능성 음극막, 및 전해질막을 제조한다. 이후, 상기 라미네이팅 공정을 이용하여, 성가 음극 지지체, 상기 기능성 음극막, 및 상기 전해질막을 서로 접합시키고, 동시소성(co-firing)하여, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 반전지(half-cell)를 제조한다. 서로 접합된 구조의 상기 음극 지지체, 상기 기능성 음극막, 및 상기 전해질막의 열팽창계수(coefficient of expansion)가 상이하여, 열처리 공정 시, 상기 음극 지지체, 상기 기능성 음극막, 및 상기 전해질막의 수축률(shrinkage) 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 음극 지지체, 상기 기능성 음극막, 및 상기 전해질막 사이의 접합이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 상기 음극 지지체, 상기 기능성 음극막, 및 상기 전해질막에 크랙(crack) 및 휨(warpage) 현상이 발생할 수 있다.Unlike the above-described embodiments and modifications of the present invention, when a flat plate type solid oxide fuel cell is manufactured by a laminating process, a negative electrode support in the form of a green tape, a functional cathode film, And an electrolyte membrane. Thereafter, the laminated cathode support, the functional cathode membrane, and the electrolyte membrane are bonded to each other and co-fired to form a half-cell of the planar solid oxide fuel cell using the laminating process. . Wherein the negative electrode substrate, the functional negative electrode film, and the electrolyte membrane have different coefficient of expansion, and the shrinkage of the negative electrode substrate, the functional negative electrode film, and the electrolyte membrane during the heat- can be different. As a result, it is not easy to bond the negative electrode support, the functional negative electrode film, and the electrolyte membrane, and cracks and warpage phenomena occur in the negative electrode support, the functional negative electrode film, Can occur.

또한, 상기 기능성 음극막의 일면에만 스핀 코팅(spin coating), 또는 스프레이(spray) 공정을 이용하여, 상기 전해질막을 형성하는 경우, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지를 대량 생산하는데 어려움이 있다.In addition, when the electrolyte membrane is formed using spin coating or spraying only on one surface of the functional negative electrode, it is difficult to mass-produce the planar solid oxide fuel cell.

하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 음극 지지체(100)의 제1 면(100) 상에 유기질을 포함하는 희생막(140)이 형성될 수 있다. 상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(100)를 제1 용액(120)에 침지하는 공정에 의해, 상기 희생막(140) 및 상기 음극 지지체(100)의 제2 면(100b) 상에 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)이 형성될 수 있다. 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 제2 용액(150)에 침지되어, 상기 제1 기능성 음극막(121) 및 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 제1 전해질막(151) 및 제2 전해질막(152)이 형성될 수 있다. 제2 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상의 상기 희생막(140), 상기 제1 기능성 음극막(121), 및 상기 제1 전해질막(151)이 제거될 수 있다. 테이프 캐스팅 공정에 의해, 상기 제2 전해질막(152) 상에 양극(170)이 형성되어, 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지가 제조될 수 있다.However, as described above, according to an embodiment of the present invention, a sacrificial layer 140 including organic material may be formed on the first surface 100 of the cathode support 100. The sacrificial layer 140 is formed on the sacrificial layer 140 and the second surface 100b of the negative electrode support 100 by the step of immersing the negative electrode support 100 on which the sacrificial layer 140 is formed in the first solution 120. [ The first functional negative electrode film 121 and the second functional negative electrode film 122 may be formed. The negative electrode substrate 100 on which the first functional negative electrode film 121 and the second functional negative electrode film 122 are formed is immersed in the second solution 150 to form the first functional negative electrode film 121, The first electrolyte layer 151 and the second electrolyte layer 152 may be formed on the functional negative electrode layer 122. The sacrificial layer 140, the first functional cathode layer 121, and the first electrolyte layer 151 on the first surface 100a of the cathode support 100 are removed by the second heat treatment . The anode 170 is formed on the second electrolyte film 152 by a tape casting process to produce a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

상기 침지 공정에 의해 상기 음극 지지체(100) 상에 형성된 상기 제1, 제2 전해질막(151,152)의 구조는, 제4 열처리 공정에 의해 치밀해질 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 음극에서 발생하여 양극(170) 내로 유입된 전자(2e-)와 반응하여 양극과 제2 전해질막(152) 사이의 삼상계면에서 산소(O2)를 환원되어 산소 이온이(O2-)이 생성되고, 이온화된 산소는 치밀한 상기 제2 전해질막(152)을 통해 용이하게 이동하여, 상기 음극의 삼상계면에서 상기 음극으로 유입된 수소(H2), 탄화수소(C-H), 일산화탄소(CO)등과 반응하여 물(H2O) 혹은 이산화탄소(CO2)를 생성하면서 다시 전자를 방출함으로써, 반응효율이 향상된 상기 평판형 고체산화물 연료전지가 제공될 수 있다The structures of the first and second electrolyte films 151 and 152 formed on the cathode support 100 by the immersion process may be dense by the fourth heat treatment process. Accordingly, the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention is formed from the cathode of the planar solid oxide fuel cell according to the present invention and reacts with the electrons 2e - introduced into the anode 170, Oxygen (O 2 ) is reduced at the interface to generate oxygen ions (O 2- ), and the ionized oxygen easily moves through the dense second electrolyte membrane 152, and the cathode (H 2 O) or carbon dioxide (CO 2 ) by reacting with hydrogen (H 2 ), hydrocarbon (CH 3), carbon monoxide An oxide fuel cell can be provided

또한, 상기 라미네이팅 공정 대신 상기 딥코팅 공정에 의해, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지를 제조하는 경우, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 생산 수율이 향상되어, 대량생산의 어려움을 해결할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 제1 용액(120) 및 상기 제2 용액(150)의 농도에 의해, 상기 음극 지지체(100) 상에 형성되는 상기 제2 기능성 음극막(122) 및 상기 제2 전해질막(152)의 두께가 용이하게 조절될 수 있다. 상기 제2 기능성 음극막(122) 및 상기 제2 전해질막(152)의 두께를 조절함으로써, 상기 제3 및 제4 열처리 공정에 의한 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)의 수축율을 용이하게 컨트롤하여, 상기 제3 및 제4 열처리에 의해 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 제2 전해질막(152)에 발생하는 크랙 및 휨 현상을 최소화할 수 있다.In addition, when the planar solid oxide fuel cell is manufactured by the dip coating process instead of the laminating process, the production yield of the planar solid oxide fuel cell is improved and the difficulty of mass production can be solved. The concentration of the first solution 120 and the concentration of the second solution 150 may be different from the concentration of the second functional anode layer 122 and the second electrolyte layer 152 formed on the cathode support 100, Can be easily adjusted. By adjusting the thicknesses of the second functional anode layer 122 and the second electrolyte layer 152, the second functional cathode layer 122 and the second electrolyte layer 152 formed by the third and fourth heat- The second functional cathode layer 122 and the second electrolyte layer 152 by the third and fourth heat treatments by easily controlling the shrinkage ratio of the cathode active material layer 152 And warpage can be minimized.

본 발명의 다른 변형 예에 따르면, 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 실시 예와 달리, 라미네이팅 공정에 의해, 기능성 음극막 상에 전해질막이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 침지 공정을 이용하여 음극 지지체 상에 기능성 음극막을 형성하는 단계, 및 침지 공정을 이용하여 상기 기능성 음극막 상에 전해질막을 형성하는 단계 중, 침지 공정을 이용하여 상기 기능성 음극막 상에 상기 전해질막을 형성하는 단계가, 라미네이팅 공정을 이용하여 상기 기능성 음극막 상에 상기 전해질막을 형성하는 단계로 대체될 수 있다.According to another modification of the present invention, an electrolyte membrane may be formed on the functional negative electrode film by the laminating process, unlike the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 4 above. In other words, a functional negative electrode film is formed on the negative electrode support using an immersion process according to an embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 4, and an electrolyte membrane is formed on the functional negative electrode film using an immersion process The step of forming the electrolyte membrane on the functional negative electrode layer using an immersion process may be replaced with a step of forming the electrolyte membrane on the functional negative electrode layer by using a laminating process.

보다 구체적으로, 음극 지지체(100)가 준비되고, 상기 음극지지체(100)에 기계적 강도를 부여하기 위해 상기 음극지지체(100)에 대하여 제1 열처리가 수행될 수 있다. 상기 음극 지지체(100)의 제1 면(100a) 상에 제2 열처리에 의해, 희생막(140)이 형성될 수 있고, 상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(100)가 제1 용액(120)에 침지되어, 상기 희생막(140) 상에 제1 기능성 음극막(121)이 형성되고, 상기 음극 지지체(100)의 제2 면(100b) 상에 제2 기능성 음극막(122)이 함께 형성될 수 있다. 상기 희생막(140) 및 상기 제1, 제2 기능성 음극막(121,122)이 형성되는 방법은, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 상기 희생막(140) 및 상기 제1, 제2 기능성 음극막(121, 122)이 형성되는 방법과 동일할 수 있다.More specifically, a cathode support 100 is prepared, and a first heat treatment may be performed on the cathode support 100 to impart mechanical strength to the cathode support 100. A sacrificial layer 140 may be formed on the first surface 100a of the cathode support 100 by a second heat treatment and the cathode support 100 on which the sacrificial layer 140 is formed may be formed by a first heat treatment, The first functional negative electrode layer 121 is formed on the sacrificial layer 140 and the second functional negative electrode layer 122 is formed on the second surface 100b of the negative electrode support layer 100, Can be formed together. The method of forming the sacrificial layer 140 and the first and second functional cathode layers 121 and 122 is similar to that of the sacrificial layer 140 and the first and second functional cathodes 140 and 142 described with reference to FIGS. May be the same as the method in which the films 121 and 122 are formed.

제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상의 상기 희생막(140) 및 상기 제1 기능성 음극막(121)이 제거될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막(140)은 번아웃되어 제거되고, 상기 희생막(140) 상에 형성된 상기 제1 기능성 음극막(121)은, 상기 희생막(140)과 함께 용이하게 제거될 수 있다. 또한, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 형성된 상기 제2 기능성 음극막(121)이 부분소결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 제2 열처리 온도보다, 상기 제1 및 제3 열처리 온도가 높을 수 있다.The sacrificial layer 140 and the first functional negative electrode layer 121 on the first surface 100a of the negative electrode support 100 can be removed by the third heat treatment. As described with reference to FIGS. 1 and 2, the sacrificial layer 140 is burned out by the third heat treatment, and the first functional negative electrode layer 121 formed on the sacrificial layer 140 Can be easily removed together with the sacrificial film 140. [ Also, by the third heat treatment, the second functional cathode layer 121 formed on the second surface 100b of the cathode support 100 can be partially sintered. According to one embodiment, as described above, the first and third heat treatment temperatures may be higher than the second heat treatment temperature.

라미네이팅에 의해, 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 전해질막이 형성될 수 있다. 도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 금속 산화물 분말을 포함하는 콜로이드 형태의 제2 용액(150)이 제조될 수 있다. 상기 제2 용액(150)이 상기 테이프 캐스팅 공정 처리되어, 균일한 두께를 갖는 상기 전해질막이 제조될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 라미테이팅 공정과 동일한 방법으로, 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 상기 전해질막이 형성되어, 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 전해질막이 차례로 적층된 구조의 반전지(half-cell)가 제조될 수 있다.An electrolyte membrane may be formed on the second functional cathode layer 122 by laminating. As described with reference to FIGS. 1, 2, and 3, a second solution 150 in the form of a colloid containing a metal oxide powder may be prepared. The second solution 150 is subjected to the tape casting process so that the electrolyte membrane having a uniform thickness can be produced. 5 and 6, the electrolyte membrane is formed on the second functional negative electrode film 122, and the negative electrode support 100, the second functional negative electrode film 122), and a half-cell having a structure in which the electrolyte membrane is sequentially stacked.

본 발명의 또 다른 변형 예에 따르면, 본 발명의 다른 변형 예와 달리, 상기 제3 열처리에 의해 상기 희생막(140) 및 상기 제1 기능성 음극막(121)을 제거하는 단계가 라미네이팅에 의해 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 상기 전해질막을 형성하는 단계 후 수행될 수 있다. 다시 말해서, 상기 침지 공정에 의해, 상기 희생막(140)이 형성된 상기 음극 지지체(100) 상에 상기 제1, 제2 기능성 음극막(121, 122)이 형성된 후, 라미네이팅 공정에 의해, 상기 제2 기능성 음극막(122) 상에 상기 전해질막이 형성될 수 있다. 이후, 상기 제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체(100)의 상기 제1 면(100a) 상의 상기 희생막(140) 및 상기 제1 기능성 음극막(121)이 제거되어, 상기 음극 지지체(100), 상기 제2 기능성 음극막(122), 및 상기 전해질막이 차례로 적층된 구조의 반전지(half-cell)가 제조될 수 있다.According to another modification of the present invention, the step of removing the sacrificial layer 140 and the first functional negative electrode layer 121 by the third heat treatment, unlike the other modified embodiments of the present invention, May be performed after the step of forming the electrolyte membrane on the second functional cathode film 122. In other words, after the first and second functional cathode films 121 and 122 are formed on the cathode support 100 on which the sacrificial layer 140 is formed by the immersion process, 2 electrolyte membrane may be formed on the functional negative electrode film 122. The sacrificial layer 140 and the first functional negative electrode layer 121 on the first surface 100a of the negative electrode support 100 are removed by the third heat treatment to form the negative electrode support 100, The second functional cathode layer 122, and the electrolyte layer may be sequentially stacked on a substrate.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 랩 스케일(lab scale)의 실제 제조 공정이 설명된다Hereinafter, an actual manufacturing process of a lab scale of a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 단계별 실제 제조 공정을 나타낸 이미지들이다. 구체적으로, 도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 공정 중 음극 지지체를 제조하는 단계를 나타내는 이미지들이고, 도 8의 (c)는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 공정 중 희생막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 이미지이고, 도 8의 (d)는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 공정 중 제1 기능성 음극막 및 제2 기능성 음극막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 이미지이고, 도 8의 (e)는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 공정 중 제1 전해질막 및 제2 전해질막을 형성하는 단계를 설명하기 위한 이미지이고, 도 8의 (f)는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 공정 중 희생막을 제거하는 단계를 설명하기 위한 이미지이고, 도 8의 (g)는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 공정 중 프리신터링 공정을 설명하기 위한 이미지이고, 도 8의 (h)는 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 공정 중 전해질을 소결하고, 그 위에 양극을 제조하는 단계를 설명하기 위한 이미지이다.8 is a view showing an actual manufacturing process of a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. 8 (a) and 8 (b) are images showing a step of manufacturing a negative electrode support in a manufacturing process of a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 (c) FIG. 8 (d) is an enlarged sectional view of a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 FIG. 8 (e) is a view for explaining a step of forming the first functional negative electrode film and the second functional negative electrode film in the manufacturing process of the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention, FIG. 8 (f) is a view for explaining a step of removing the sacrificial film during the manufacturing process of the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention FIG. 8 (g) is an image for explaining the pre-sintering process in the manufacturing process of the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention, and FIG. 8 (h) 5A is an image for explaining a step of sintering an electrolyte in a manufacturing process of a planar solid oxide fuel cell according to an example, and then manufacturing a positive electrode thereon.

도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 테이프 캐스팅 공정을 통해, 약 500 내지 1000μm의 두께의 음극 지지체를 제조하였다. 구체적으로, NiO 분말 및 GDC분말과 분산제(Menhaden Fish Oil)를 유기용매인 에틸알콜 및 톨루엔의 혼합용액에 첨가한 후, 24시간 동안 볼 밀링하여 제1 혼합용액을 제조하였다. 상기 제1 혼합용액에 결합제(PVB) 및 가소제(BBP)를 첨가한 후, 24시간 볼 밀링하여 제2 혼합용액을 제조하였다. 상기 볼 밀링 공정에 의해 상기 제2 혼합용액에 혼입된 기포를 제거하기 위하여 진공펌프를 사용하여 탈포 공정을 수행하였다. 이후, 테이프 캐스팅 공정 처리하여, 약 500 내지 1000μm 두께를 갖는 그린 테이프(green tape)형태의 상기 음극 지지체를 제조하였다. 상기 그린 상태의 음극 지지체에 결합제와 가소제를 제거하고, 음극지지체의 기계적인 강도를 부여하기 위하여 900℃의 온도에서 제1 열처리 공정을 진행하였다.8 (a) and 8 (b), a negative electrode support having a thickness of about 500 to 1000 袖 m was produced through a tape casting process. Specifically, NiO powder, GDC powder and a dispersant (Menhaden Fish Oil) were added to a mixed solution of ethyl alcohol and toluene as an organic solvent, followed by ball milling for 24 hours to prepare a first mixed solution. A binder (PVB) and a plasticizer (BBP) were added to the first mixed solution, followed by ball milling for 24 hours to prepare a second mixed solution. A defoaming process was performed using a vacuum pump to remove bubbles mixed in the second mixed solution by the ball milling process. The negative electrode support in the form of a green tape having a thickness of about 500 to 1000 mu m was then prepared by tape casting process. The binder and the plasticizer were removed from the green cathode support and the first heat treatment was performed at a temperature of 900 ° C to impart mechanical strength to the anode support.

도 8의 (c)를 참조하면, 제2 열처리를 통해, 상기 음극 지지체의 제1 면 상에 희생막을 형성하였다. 구체적으로, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에 parafilm을 배치하고, 약 50℃ 이상의 온도로 가열하였다. 상기 parafilm은 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에서 용융되어 용융막을 형성하였다. 이후, 실온으로 온도를 낮추어 상기 용융막이 다시 고체상태의 상기 parafilm으로 상변화시켜, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면과 접합시켰다.Referring to FIG. 8 (c), a sacrificial film was formed on the first surface of the cathode support through a second heat treatment. Specifically, a parafilm was placed on the first side of the cathode support and heated to a temperature of about 50 캜 or higher. The parafilm was melted on the first side of the cathode support to form a molten film. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, and the molten film was again phase-changed into the parafilm in a solid state, and was bonded to the first surface of the negative electrode support.

도 8의 (d)를 참조하면, 상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 제1 용액에 침지하는 딥코팅 공정을 통해, 상기 희생막 및 상기 음극 지지체의 제2 면 상에 제1 기능성 음극막 및 제2 기능성 음극막을 형성하였다. 구체적으로, 상기 음극 지지체 제조 공정에 사용되는 NiO 분말 및 GDC 분말보다 입자의 크기가 작은 NiO-GDC 혼합 분말 50g, 및 0.5g의 분산제(Menhaden Fish Oil) 200g을 유기 용매인 에틸알콜에 첨가한 후, 24시간 동안 볼 밀링 하였다. 이후, 5g의 결합제(PVB)를 첨가한 후, 48시간 동안 볼 밀링하여 공정을 진행하여 콜로이드 상태의 상기 제1 용액을 제조하였다. 상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 상기 제 1 용액에 침지하여, 상기 희생막 및 상기 음극 지지체의 상기 제2 면 상에 5 내지 20㎛ 두께를 갖는 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제2 기능성 음극막을 제조하였다.Referring to FIG. 8 (d), a first functional negative electrode layer and a second functional negative electrode layer are formed on the sacrificial layer and the second surface of the negative electrode support through a dip coating process in which the negative electrode support having the sacrificial layer formed thereon is dipped in the first solution. 2 functional cathode films were formed. Specifically, 50 g of NiO-GDC mixed powder having a smaller particle size than NiO powder and GDC powder used in the cathode support manufacturing process, and 200 g of 0.5 g of a dispersant (Menhaden Fish Oil) were added to ethyl alcohol as an organic solvent , And ball milled for 24 hours. Then, 5 g of binder (PVB) was added, followed by ball milling for 48 hours to prepare the first solution in the colloidal state. The negative electrode substrate on which the sacrificial film is formed is immersed in the first solution to form the first functional negative electrode film and the second functional negative electrode film having a thickness of 5 to 20 mu m on the second surface of the sacrificial film and the negative electrode support, .

도 8의 (e)를 참조하면, 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제2 기능성 음극막이 형성된 상기 음극 지지체를 제2 용액에 침지하는 딥코팅 공정을 통해, 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제2 기능성 음극막 상에 제1 전해질막 및 제2 전해질막을 제조하였다. 구체적으로, 50g의 GDC 분말 및 0.5g의 분산제(Menhaden Fish Oil)을 200g의 에틸알콜 및 50g의 alpa-terpineol 혼합용액에 첨가한 후, 24시간 동안 볼 밀링하였다. 이후, 5g의 결합제(PVB) 및 1g의 분산제(BBP)를 첨가한 후, 48시간 동안 볼 밀링하여 콜로이드 상태의 상기 제2 용액을 제조하였다. 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제2 기능성 음극막이 형성된 상기 음극 지지체를 상기 제2 용액에 침지하여, 상기 제1 전해질막 및 상기 제2 전해질막을 제조하였다.Referring to FIG. 8 (e), the first functional negative electrode layer and the second functional negative electrode layer are formed by a dip coating process in which the negative electrode support is immersed in a second solution, A first electrolyte membrane and a second electrolyte membrane were prepared on the functional negative electrode film. Specifically, 50 g of GDC powder and 0.5 g of dispersant (Menhaden Fish Oil) were added to a mixed solution of 200 g of ethyl alcohol and 50 g of alpa-terpineol, followed by ball milling for 24 hours. Then, 5 g of the binder (PVB) and 1 g of the dispersant (BBP) were added, followed by ball milling for 48 hours to prepare the second solution in the colloidal state. The first and second electrolyte membranes were prepared by immersing the anode support in which the first functional cathode layer and the second functional cathode layer were formed in the second solution.

도 8의 (f)를 참조하면, 제3 열처리를 통해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막, 상기 제1 기능성 음극막, 및 상기 제1 전해질막을 제거하였다. 구체적으로, 전기로(electric oven)를 이용하여 400 내지 900℃의 온도로 상기 제3 열처리하여, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막을 burn-out하여 소멸시켰다. 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막이 제거되는 동시에, 상기 희생막 상에 형성되었던 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막이 함께 제거되었다.Referring to FIG. 8 (f), the sacrificial layer, the first functional cathode layer, and the first electrolyte layer on the first surface of the cathode support were removed through a third heat treatment. Specifically, the third heat treatment was performed at a temperature of 400 to 900 캜 using an electric oven to burn-out the sacrificial layer on the first surface of the negative electrode support to destroy the sacrificial layer. The sacrificial film on the first surface of the negative electrode support was removed and the first functional negative electrode film and the first electrolyte film formed on the sacrificial film were removed together.

도 8의 (g)를 참조하면, 제4 열처리 공정을 통해, 차례로 적층된 상기 음극 지지체, 상기 제2 기능성 음극막, 및 상기 제2 전해질막을 소결시켰다. 구체적으로, 상기 전기로를 이용하여 1400 내지 1500℃의 온도로 상기 열처리하여, 상기 음극 지지체, 상기 제2 기능성 음극막, 및 상기 제2 전해질막을 치밀화시켰다.Referring to (g) of FIG. 8, the cathode support, the second functional cathode layer, and the second electrolyte layer, which are sequentially stacked, are sintered through a fourth heat treatment step. Specifically, the cathode support, the second functional cathode layer, and the second electrolyte layer were densified by the heat treatment at a temperature of 1400 to 1500 ° C using the electric furnace.

도 8의 (h)를 참조하면, 상기 스크린 프린팅 공정을 통해, 상기 제2 전해질막 상에 양극을 제조하였다. 구체적으로, 스크린 프린팅 공정을 통해, 25g의 LSCF- GDC 분말 및 1wt%의 분산제(Menhaden Fish Oil)를 유기용매인 에틸알콜에 첨가한 후, 볼 밀링 하였다. 이후, 결합제(PVB), 가소제(BBP), 및 높은 분자량의 용매인 alfa-Terpineol을 첨가한 후, centrifugal mixing 공정을 통해, 상대적으로 낮은 분자량의 유기용매인 에틸알콜을 증발시켜 LSCF- GDC 페이스트를 제조하였다. 상기 스크린 프린팅 공정을 통해, LSCF- GDC 페이스트를 상기 제2 전해질 막 상에 코팅한 후, 건조시켰다. 이후, 제5 열처리 공정을 통해, 1100~1300℃의 온도로 열처리하여, 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체산화물 연료전지를 제작하였다.Referring to FIG. 8 (h), a cathode was formed on the second electrolyte membrane through the screen printing process. Specifically, through a screen printing process, 25 g of LSCF-GDC powder and 1 wt% of a dispersant (Menhaden Fish Oil) were added to ethyl alcohol as an organic solvent, followed by ball milling. After the addition of a binder (PVB), a plasticizer (BBP) and alfa-Terpineol, a high molecular weight solvent, ethyl alcohol as a relatively low molecular weight organic solvent was evaporated through a centrifugal mixing process to obtain LSCF- GDC paste . Through the screen printing process, the LSCF-GDC paste was coated on the second electrolyte membrane and then dried. Then, the substrate was subjected to a heat treatment at a temperature of 1100 to 1300 ° C through a fifth heat treatment step to produce a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 9은 본 발명의 실시 예 및 변형 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료 전지를 사용하는 발전용 연료 전지 시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a view for explaining an example of a fuel cell system for power generation using a planar solid oxide fuel cell according to an embodiment and a modification of the present invention.

도 9을 참조하면, 상기 발전용 연료전지 시스템(1000)은 본 발명의 실시 예 또는 변형 예에 따라 제조된 평판형 고체 산화물 연료전지(300) 및 상기 평판형 고체 산화물 연료전지(300)로부터 전력을 공급받아 외부로 송출하는 전력 제어장치(800)를 포함할 수 있다. 상기 전력제어장치(800)는 출력장치(810), 축전장치(820), 충방전 제어장치(830), 시스템제어장치(840)를 포함할 수 있다. 상기 출력장치(810)는 전력변환장치(812)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the power generation fuel cell system 1000 includes a planar solid oxide fuel cell 300 and a planar solid oxide fuel cell 300 manufactured according to an embodiment or a modified example of the present invention. And a power control device 800 that receives and supplies the power to the outside. The power control device 800 may include an output device 810, a power storage device 820, a charge / discharge control device 830, and a system control device 840. The output device 810 may include a power inverter 812.

상기 전력변환장치(Power Conditioning System: PCS, 812)는 상기 평판형 고체 산화물 연료전지(300)로부터의 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터일 수 있다. 상기 충방전 제어장치(830)는 상기 평판형 고체 산화물 연료전지(300)로부터의 전력을 상기 축전장치(820)에 저장하거나, 상기 축전장치(820)에 저장된 전기를 상기 출력장치(810)로 출력할 수 있다. 상기 시스템제어장치(840)는 상기 출력장치(810), 상기 축전장치(820) 및 상기 충방전 제어장치(830)를 제어할 수 있다.The power conditioning system (PCS) 812 may be an inverter for converting a direct current from the planar solid oxide fuel cell 300 into an alternating current. The charge and discharge control device 830 stores the electric power from the planar solid oxide fuel cell 300 in the power storage device 820 or the electric power stored in the power storage device 820 to the output device 810 Can be output. The system controller 840 may control the output device 810, the power storage device 820, and the charge / discharge control device 830.

전술한 바와 같이, 변환된 교류전류는 자동차, 가정과 같은 다양한 AC 부하(910)로 공급되어 사용될 수 있다. 나아가, 상기 출력장치(810)는 계통연계장치(grid connect system, 814)를 더 포함할 수 있다. 상기 계통연계장치(814)는 다른 전력계통(920)과의 접속을 매개하여, 전력을 외부로 송출할 수 있다.As described above, the converted alternating current can be supplied to various AC loads 910 such as an automobile, a home, and the like. Furthermore, the output device 810 may further include a grid connect system 814. The grid connection device 814 can transmit power to the outside through a connection with another power system 920.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지는, 음극 지지체의 제1 면 상에 희생막을 형성한 후, 딥코팅 공정을 이용하여, 상기 희생막 및 상기 음극 지지체의 제2 면 상에 제1, 제2 기능성 음극막, 및 제1, 제2 전해질막을 형성할 수 있다. 열처리를 통해 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에 형성된 상기 희생막을 burn-out하여 소멸시킴으로써, 상기 희생막 상의 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막이 함께 제거될 수 있다. 이에 따라, 공정이 간단한 상기 침지 공정을 통해, 복수의 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막을 형성하는 것이 가능하므로, 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 생산수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 침지 공정에 의해 상기 음극 지지체 상에 형성된 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막은 서로 치밀하게 접합된 박막일 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 상기 평판형 고체 산화물 연료전지의 양극으로 유입된 산소(O2)가 전자와 반응하여 산소 이온(O2-)으로 반응하여 치밀한 제2 전해질막을 통해 음극의 제2 전해질과 기능성 음극막의 계면에 형성된 삼상계면으로 용이하게 이동하여 음극으로 유입된 수소(H2), 탄화수소(C-H)와 만나 H2O 혹은 CO2를 형성하면서 음극으로 전자를 방출하는, 반응효율이 향상된 상기 평판형 고체 산화물 연료전지가 제공될 수 있다.As described above, in the planar solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention, after the sacrificial film is formed on the first surface of the anode support, the sacrificial film and the second surface The first and second functional cathode films and the first and second electrolyte films can be formed on the substrate. The first functional negative electrode layer and the first electrolyte layer on the sacrificial layer may be removed together by burning out the sacrificial layer formed on the first surface of the negative electrode support through heat treatment. Accordingly, it is possible to form the first functional negative electrode film and the first electrolyte film on the first surface of the plurality of cathode supports through the immersion process, which is simple in process. Therefore, in the planar solid oxide fuel cell The production yield can be improved. In addition, the first functional negative electrode layer and the first electrolyte layer formed on the negative electrode support by the immersion process may be thin films each of which is densely bonded to each other. Accordingly, oxygen (O 2 ) flowing from the outside into the anode of the planar solid oxide fuel cell reacts with electrons and reacts with oxygen ions (O 2- ) to form a second electrolyte of the cathode through the dense second electrolyte membrane, (H 2 ) or hydrocarbon (CH) introduced into the cathode to form H 2 O or CO 2, and which emits electrons to the cathode. Type solid oxide fuel cell can be provided.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

100: 음극 지지체
100a: 음극 지지체의 제1 면
100b: 음극 지지체의 제2 면
120: 제1 용액
121, 121a: 제1 기능성 음극막
122: 제2 기능성 음극막
140: 희생막
150: 제2 용액, 전해질 용액
151: 제1 전해질막
152: 제2 전해질막
170: 양극
200: 용기
300: 평판형 고체 산화물 연료전지
800: 전력제어장치
810: 출력장치
812: 전력변환장치
814: 계통연계장치
820: 축전장치
830: 충방전 제어장치
840: 시스템제어장치
910: AC 부하
920: 다른 전력계통
1000: 발전용 연료전지 시스템
100: cathode support
100a: first side of the cathode support
100b: second face of the cathode support
120: First solution
121, 121a: a first functional cathode film
122: second functional cathode film
140: sacrificial membrane
150: second solution, electrolyte solution
151: First electrolyte membrane
152: Second electrolyte membrane
170: anode
200: container
300: Plate-type solid oxide fuel cell
800: Power control device
810: Output device
812: Power conversion device
814: Grid connection
820: Power storage device
830: charge / discharge control device
840: System control device
910: AC load
920: Other power systems
1000: Fuel cell system for power generation

Claims (17)

제1 면(first surface) 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면(second surface)을 포함하는 음극 지지체(anode support)를 준비하는 단계;
제2 열처리(second thermal treatment)에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제1 면 상에 유기질(organic compound)을 포함하는 희생막(sacrificial film)을 형성하는 단계;
상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 제1 용액(first solution)에 침지하여, 상기 희생막 상에 제1 기능성 음극막(first anode functional film)을 형성하고, 상기 음극 지지체의 상기 제2 면 상에 제2 기능성 음극막(second anode functional film)을 함께 형성하는 단계;
상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제2 기능성 음극막이 형성된 상기 음극 지지체를 제2 용액(second solution)에 침지하여, 상기 제1 기능성 음극막 상에 제1 전해질막(first electrolyte film)을 형성하고, 상기 제2 기능성 음극막 상에 제2 전해질막(second electrolyte film)을 함께 형성하는 단계; 및
제3 열처리(third thermal treatment)에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막, 상기 제1 기능성 음극막, 및 상기 제1 전해질막을 제거하는 단계를 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
Preparing an anode support comprising a first surface and a second surface opposite the first surface;
Forming a sacrificial film comprising an organic compound on the first side of the cathode support and the second side of the cathode support by a second thermal treatment;
Forming a first anode functional film on the sacrificial layer by dipping the negative electrode support on which the sacrificial layer is formed in a first solution to form a first anode functional film on the sacrificial layer, Forming a first anode functional film and a second anode functional film together;
A first electrolyte membrane is formed on the first functional negative electrode layer by dipping the negative electrode support in which the first functional negative electrode layer and the second functional negative electrode layer are formed in a second solution, Forming a second electrolyte film on the second functional negative electrode layer; And
And removing the sacrificial layer, the first functional cathode layer, and the first electrolyte layer on the first surface of the cathode support by a third thermal treatment. Gt;
제1 항에 있어서,
상기 제2 열처리에 의해, 상기 희생막의 적어도 일부가 용융되어 용융막(melt film)이 생성되고,
실온으로 온도가 하강함에 따라, 상기 용융막이 고체 상태의 상기 희생막으로 상변화(phase-change)하는 동시에, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상에 접합되는 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
By the second heat treatment, at least a part of the sacrificial film is melted to produce a melt film,
Wherein the molten film is phase-changed to the sacrificial film in a solid state as the temperature is lowered to room temperature, and is bonded onto the first surface of the cathode support. Gt;
제1 항에 있어서,
상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막, 상기 제1 기능성 음극막, 및 상기 제1 전해질막을 제거하는 단계는,
상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막이 번아웃(burn-out)되어, 상기 희생막, 및 상기 희생막 상의 상기 제1 기능성 음극막 및 상기 제1 전해질막이 함께 제거되는 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of removing the sacrificial layer, the first functional cathode layer, and the first electrolyte layer on the first surface of the cathode support comprises:
Wherein the sacrificial layer is burned out by the third heat treatment to remove the sacrificial layer and the first functional cathode layer and the first electrolyte layer on the sacrificial layer together, A method of manufacturing a fuel cell.
제1 항에 있어서,
상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막, 상기 제1 기능성 음극막, 및 상기 제1 전해질막이 제거되는 동시에, 상기 음극지지체, 상기 제2 기능성 음극막, 및 상기 제2 전해질막이 부분소결(partially sintering)되는 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The sacrificial layer, the first functional cathode layer, and the first electrolyte layer are removed by the third heat treatment, and the cathode support, the second functional cathode layer, and the second electrolyte layer are partially sintered ). ≪ / RTI >
제1 항에 있어서,
상기 음극 지지체를 준비하는 단계는,
상기 음극 지지체에 기계적 강도를 부여하기 위해, 상기 음극 지지체를 제1 열처리(first thermal treatment)하는 것을 더 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein preparing the cathode support comprises:
Further comprising first thermal treating the cathode support to impart mechanical strength to the cathode support. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제5 항에 있어서,
상기 제2 열처리 온도보다 상기 제1 및 제3 열처리 온도가 높은 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the first and third heat treatment temperatures are higher than the second heat treatment temperature.
제1 항에 있어서,
상기 제1 용액 및 상기 제2 용액은, 금속 산화물 분말을 포함하는 콜로이달 용액(colloidal solution)인 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first solution and the second solution are colloidal solutions comprising a metal oxide powder. The method of claim 1, wherein the first solution is a colloidal solution.
제1 항에 있어서,
상기 제1 용액 및 상기 제2 용액의 농도에 따라, 상기 음극 지지체 상에 형성되는 상기 기능성 음극막들 및 상기 전해질막들의 두께가 조절되는 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the functional cathode layers and the electrolyte layers formed on the cathode support is controlled according to the concentration of the first solution and the second solution.
제1 항에 있어서,
상기 음극 지지체를 상기 제2 용액에 침지하여 생성된 상기 제1 전해질막 및 상기 제2 전해질막은 치밀한 박막(dense thin film)인 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrolyte layer and the second electrolyte layer formed by dipping the anode support in the second solution are dense thin films.
제1 항에 있어서,
상기 희생막은, 적어도 파라필름(parafilm) 및 파라핀 왁스(paraffin wax) 중 하나를 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sacrificial film comprises at least one of parafilm and paraffin wax.
제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 음극 지지체를 준비하는 단계;
라미네이팅(laminating)에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제1 면 상에 기능성 음극막을 형성하는 단계;
제2 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제2 면 상에 유기질을 포함하는 희생막을 형성하는 단계;
상기 기능성 음극막 및 상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 전해질 용액에 침지하여, 상기 기능성 음극막 상에 제1 전해질막을 형성하고, 상기 희생막 상에 제2 전해질막을 함께 형성하는 단계; 및
제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제2 면 상의 상기 희생막 및 상기 제2 전해질막을 제거하는 단계를 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
Preparing a cathode support comprising a first side and a second side opposite the first side;
Forming a functional cathode film on the first side of the cathode support and the first side of the cathode support by laminating;
Forming a sacrificial film containing organic on the first surface of the cathode support and the second surface of the second surface by a second heat treatment;
Immersing the functional negative electrode layer and the negative electrode support on which the sacrificial layer is formed in an electrolyte solution to form a first electrolyte layer on the functional negative electrode layer and forming a second electrolyte layer on the sacrificial layer; And
And removing the sacrificial film and the second electrolyte film on the second surface of the negative electrode support by a third heat treatment.
제11 항에 있어서,
상기 음극 지지체 상의 상기 희생막 및 상기 제2 전해질막을 제거하는 단계는,
상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막이 번아웃 되어, 상기 희생막, 및 상기 희생막 상의 상기 제2 전해질막이 함께 제거되는 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of removing the sacrificial layer and the second electrolyte layer on the cathode support comprises:
Wherein the sacrificial layer is burnt out by the third heat treatment to remove the sacrificial layer and the second electrolyte layer on the sacrificial layer together.
제11 항에 있어서,
상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막, 및 상기 제1 전해질막이 제거되는 동시에, 상기 음극 지지체 및 상기 기능성 음극막이 부분소결되는 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the sacrificial layer and the first electrolyte layer are removed by the third heat treatment, and the cathode support and the functional cathode layer are partially sintered.
제11 항에 있어서,
상기 음극 지지체를 상기 전해질 용액에 침지하여 생성된 상기 제1 전해질막 및 상기 제2 전해질막은 치밀한 박막인 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the first electrolyte layer and the second electrolyte layer formed by dipping the anode support in the electrolyte solution are dense thin films.
제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2면을 포함하는 음극 지지체를 준비하는 단계;
제2 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 제1 면 상에 유기질을 포함하는 희생막을 형성하는 단계;
상기 희생막이 형성된 상기 음극 지지체를 제1 용액에 침지하여, 상기 희생막 상에 제1 기능성 음극막을 형성하고 상기 음극 지지체의 제2 면 상에 제2 기능성 음극막을 함께 형성하는 단계; 및
제3 열처리에 의해, 상기 음극 지지체의 상기 제1 면 상의 상기 희생막 및 상기 제1 기능성 음극막을 제거하는 단계; 및
라미네이팅에 의해, 상기 제2 기능성 음극막 상에 전해질막을 형성하는 단계를 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
Preparing a cathode support comprising a first side and a second side opposite the first side;
Forming a sacrificial film containing organic matter on the first surface of the cathode support and the second surface of the cathode support by a second heat treatment;
Immersing the negative electrode support on which the sacrificial film is formed in a first solution to form a first functional negative electrode film on the sacrificial film and a second functional negative electrode film on a second surface of the negative electrode support; And
Removing the sacrificial film and the first functional cathode film on the first surface of the cathode support by a third heat treatment; And
And forming an electrolyte membrane on the second functional cathode layer by laminating the anode active material layer and the cathode active material layer.
제15 항에 있어서,
상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막 및 상기 제1 기능성 음극막을 제거하는 단계는, 상기 라미네이팅에 의해 상기 제2 기능성 음극막 상에 상기 전해질막을 형성하는 단계 전, 또는 후에 수행되는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The step of removing the sacrificial film and the first functional negative electrode film by the third heat treatment may include a step of removing the sacrificial film and the first functional negative electrode film by the laminated solid oxide film before or after the step of forming the electrolyte film on the second functional negative electrode film by the laminating A method of manufacturing a fuel cell.
제15 항에 있어서,
상기 제3 열처리에 의해, 상기 희생막 및 상기 제1 기능성 음극막이 제거되는 동시에, 상기 제2 기능성 음극막이 부분소결되는 것을 포함하는 평판형 고체 산화물 연료전지의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the sacrificial film and the first functional negative film are removed by the third heat treatment and the second functional negative film is partially sintered.
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