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KR102109730B1 - Method for fabricating solid oxide fuel cell - Google Patents

Method for fabricating solid oxide fuel cell Download PDF

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KR102109730B1
KR102109730B1 KR1020180020378A KR20180020378A KR102109730B1 KR 102109730 B1 KR102109730 B1 KR 102109730B1 KR 1020180020378 A KR1020180020378 A KR 1020180020378A KR 20180020378 A KR20180020378 A KR 20180020378A KR 102109730 B1 KR102109730 B1 KR 102109730B1
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Abstract

고체 산화물 연료전지의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 음극 지지체 상에 YSZ(yttria stabilized zirconia)층과 희토류-도핑된 세리아(rare-earth-doped ceria, RDC)층을 차례로 적층하여 전해질층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전해질층을 등방압축한다. 상기 등방압축된 전해질층을 소결한다. 상기 소결된 전해질층 상에 양극층을 형성한다.Provided is a method for manufacturing a solid oxide fuel cell. The manufacturing method includes forming an electrolyte layer by sequentially stacking a yttria stabilized zirconia (YSZ) layer and a rare-earth-doped ceria (RDC) layer on a negative electrode support. The electrolyte layer is isotropically compressed. The isotropically compressed electrolyte layer is sintered. An anode layer is formed on the sintered electrolyte layer.

Description

고체산화물 연료전지 제조방법 {Method for fabricating solid oxide fuel cell}Manufacturing method of solid oxide fuel cell {Method for fabricating solid oxide fuel cell}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell.

연료전지는 연료가 제공되는 애노드, 공기가 제공되는 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 전해질층을 포함한다. 연료로서 수소가 사용되는 경우에, 생성물로서 물만 발생하므로 매우 친환경적이며 또한 에너지 변환 효율이 종래의 내연기관에 비해 상대적으로 매우 높은 장점이 있다.The fuel cell includes an anode provided with fuel, a cathode provided with air, and an electrolyte layer disposed between the anode and the cathode. When hydrogen is used as a fuel, only water is generated as a product, so it is very eco-friendly and has a relatively high energy conversion efficiency compared to a conventional internal combustion engine.

이러한 연료전지에는 전해질층 내에 산소이온 전도체를 구비하는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC)가 있다. 고체산화물 연료전지는 일반적으로 연료전지 중 가장 높은 온도(700 ~ 1000℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점 때문에 고체산화물 연료전지에 관한 연구는 현재 활발히 이루어지고 있다.Such a fuel cell includes a solid oxide fuel cell (SOFC) having an oxygen ion conductor in an electrolyte layer. Solid oxide fuel cells generally operate at the highest temperature (700 to 1000 ° C) among fuel cells, and have a simpler structure compared to other fuel cells because all components are made of solids. There is no problem, no precious metal catalyst is required, and fuel supply through direct internal reforming is easy. In addition, it also has the advantage of being capable of thermal combined power generation using waste heat because it discharges hot gases. Due to these advantages, research on solid oxide fuel cells is currently actively conducted.

상기 고체산화물 연료전지의 전해질층은 애노드와 캐소드에서 유입되는 공기를 차단하여야 하므로 높은 밀도를 가져야 한다. 이를 위해 상기 소결 온도를 높이는 방법이 있을 수 있으나, 높은 소결 온도는 오히려 다른 문제점을 야기할 수 있다.The electrolyte layer of the solid oxide fuel cell must have a high density because it must block air flowing from the anode and the cathode. For this, there may be a method of increasing the sintering temperature, but a high sintering temperature may cause other problems.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 낮은 온도에서 소결을 진행하더라도 우수한 밀도를 갖는 전해질층을 구비하는 고체산화물 연료전지 제조방법을 제공함에 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a solid oxide fuel cell having an electrolyte layer having an excellent density even when sintering is performed at a low temperature.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 고체 산화물 연료전지의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 음극 지지체 상에 YSZ(yttria stabilized zirconia)층과 희토류-도핑된 세리아(rare-earth-doped ceria, RDC)층을 차례로 적층하여 전해질층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전해질층을 등방압축한다. 상기 등방압축된 전해질층을 소결한다. 상기 소결된 전해질층 상에 양극층을 형성한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a solid oxide fuel cell. The manufacturing method includes forming an electrolyte layer by sequentially stacking a yttria stabilized zirconia (YSZ) layer and a rare-earth-doped ceria (RDC) layer on a negative electrode support. The electrolyte layer is isotropically compressed. The isotropically compressed electrolyte layer is sintered. An anode layer is formed on the sintered electrolyte layer.

상기 소결은 YSZ와 RDC 사이의 반응생성물이 생성되는 온도 미만의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 소결은 1220 내지 1280℃의 온도에서 수행할 수 있다. The sintering may be performed at a temperature below the temperature at which a reaction product between YSZ and RDC is produced. The sintering may be performed at a temperature of 1220 to 1280 ° C.

상기 RDC는 GDC(gadolinium-doped ceria)일 수 있다. 상기 음극 지지체는 촉매 금속과 YSZ를 구비할 수 있다. 상기 양극층은 페로브스카이트 구조의 금속 산화물과 RDC를 구비할 수 있다. 상기 페로브스카이트 구조의 금속 산화물은 LSCF(La1-xSrxCo1-yFeyO3, 여기서 0<x<1, 0<y<1)일 수 있다. The RDC may be gdolinium-doped ceria (GDC). The negative electrode support may include a catalyst metal and YSZ. The anode layer may include a perovskite metal oxide and RDC. The metal oxide of the perovskite structure may be LSCF (La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 , where 0 <x <1, 0 <y <1).

상기 전해질층은 소결조제를 포함하지 않을 수 있다.The electrolyte layer may not include a sintering aid.

상기 전해질층은 예비소결된 음극 지지체 상에 형성될 수 있다.The electrolyte layer may be formed on the pre-sintered negative electrode support.

상술한 바와 같이 본 발명 실시예들에 따라 제조된 고체 산화물 연료전지는 낮은 온도에서 소결을 진행하더라도 우수한 밀도를 갖는 전해질층을 구비하여 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있다.As described above, a solid oxide fuel cell manufactured according to embodiments of the present invention may exhibit excellent electrical properties by providing an electrolyte layer having excellent density even when sintering is performed at a low temperature.

그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시예에서 사용된 등방압축기를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 단위셀 제조예 1에 따른 공정과정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 GDC 파우더와 YSZ 파우더의 혼합물을 1250도와 1300도에서 각각 열처리한 결과물들의 X-선 회절그래프(X-Ray Diffraction Graph)이다.
도 5a 및 도 5b는 단위셀 제조예 1의 진행과정 중 등방압축 전(5a)과 등방압축 후(5b)의 전해질층의 표면과 단면을 나타낸 SEM 사진들이다.
도 6은 단위셀 제조예 1 및 단위셀 제조예 2에 따라 제조된 단위셀들을 600도에서 운전하면서 얻은 I-V 커브 및 출력밀도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 단위셀 제조예 1 및 단위셀 제조예 2에 따라 제조된 단위셀들을 600도에서 운전하면서 얻은 전기화학 임피던스 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a cross-sectional view showing a cross-section of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing an isotropic compressor used in this embodiment.
3 is a schematic diagram showing a process according to Example 1 of the present unit cell.
Figure 4 is an X-ray diffraction graph (X-Ray Diffraction Graph) of the result of heat treatment of the mixture of GDC powder and YSZ powder at 1250 and 1300 degrees, respectively.
5A and 5B are SEM photographs showing the surface and cross-section of the electrolyte layer before isotropic compression (5a) and after isotropic compression (5b) during the course of the unit cell preparation example 1;
6 is a graph showing the IV curve and the output density obtained while operating the unit cells prepared according to the unit cell preparation example 1 and the unit cell preparation example at 600 degrees.
7 is a graph showing the electrochemical impedance characteristics obtained by operating the unit cells prepared according to the unit cell preparation example 1 and the unit cell manufacturing example 2 at 600 degrees.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in order to describe the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. In the drawings, when a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on another layer or substrate, or a third layer may be interposed between them.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지의 단면을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a cross-section of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 음극 지지체(10) 또는 공기극 지지체가 제공될 수 있다. 상기 음극 지지체(10)는 촉매 금속과 산소 이온 전도체를 구비할 수 있으며, 나아가 촉매 금속과 산소 이온 전도체의 서맷(cermet)일 수 있다. 상기 음극 지지체(10) 상에 음극층(20) 또는 공기극층이 형성될 수 있다. 상기 음극층(20) 또한 촉매 금속과 산소 이온 전도체를 구비할 수 있으며, 나아가 촉매 금속과 산소 이온 전도체의 서맷(cermet)일 수 있다. Referring to FIG. 1, a negative electrode support 10 or an air electrode support may be provided. The negative electrode support 10 may include a catalytic metal and an oxygen ion conductor, and may also be a cermet of the catalyst metal and an oxygen ion conductor. A cathode layer 20 or an anode layer may be formed on the cathode support 10. The cathode layer 20 may also include a catalytic metal and an oxygen ion conductor, and further may be a cermet of the catalyst metal and an oxygen ion conductor.

상기 음극 지지체(10)과 상기 음극층(20) 내의 상기 촉매 금속은 전자전도성을 향상시키고 또한 연료(일 예로서, 수소)로부터 프로톤 및 전자를 발생하는 것을 촉진하는 역할을 할 수 있다. 이러한 촉매 금속은 전이 금속일 수 있고, 일 예로서, Ni, Cu, Pt, Pd, 또는 이들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 상기 음극 지지체(10)과 상기 음극층(20) 내의 산소 이온 전도체는 형석형(fluorite) 구조를 갖는 산소이온 전도성 금속산화물로서, 희토류-도핑된 세리아(rare-earth-doped ceria, RDC), 일 예로서, NDC(neodymium-doped ceria), GDC(gadolinium-doped ceria), 및 SDC(samarium-doped ceria); YSZ(yttria stabilized zirconia, ZrO2/Y2O3); 및 ScSZ(scandia stabilized zirconia, ZrO2/Sc2O3)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 지지체(10)과 상기 음극층(20) 내의 산소 이온 전도체는 YSZ이고, 촉매금속은 Ni일 수 있다.The catalytic metal in the cathode support 10 and the cathode layer 20 may serve to improve electron conductivity and also to generate protons and electrons from fuel (eg, hydrogen). The catalytic metal may be a transition metal, for example, Ni, Cu, Pt, Pd, or a combination of two or more of them. The negative electrode support 10 and the oxygen ion conductor in the negative electrode layer 20 are oxygen ion conductive metal oxides having a fluorite structure, and rare-earth-doped ceria (RDC) work. Examples include: neodymium-doped ceria (NDC), gadolinium-doped ceria (GDC), and samarium-doped ceria (SDC); YSZ (yttria stabilized zirconia, ZrO 2 / Y 2 O 3 ); And ScSZ (scandia stabilized zirconia, ZrO 2 / Sc 2 O 3 ). Specifically, the oxygen support in the negative electrode support 10 and the negative electrode layer 20 may be YSZ, and the catalyst metal may be Ni.

상기 음극 지지체(10)는 촉매 금속의 산화물 일 예로서 NiO, 산소 이온 전도체 일 예로서 YSZ, 분산제, 가소제, 및 결합제를 포함하는 슬러리 또는 분산액을 캐스팅한 후, 압축하고, 약 800 내지 900도의 온도로 예비소결하여 얻을 수 있다. 예비소결은 상기 음극 지지체(10)가 핸들링을 위해 부서지지 않을 정도의 안정된 상태를 가질 수 있을 정도의 소결을 의미한다. 이 후, 상기 음극 지지체(10) 상에 상기 음극층(20)을 형성할 수 있다. 상기 음극층(20)은 습식법, 구체적으로 디핑법, 코팅법, 프린팅법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 일 예로서, 상기 음극 지지체(10)의 하부면 상에 이형필름(미도시)을 부착한 후, 촉매 금속의 산화물 일 예로서 NiO, 산소 이온 전도체 일 예로서 YSZ, 분산제, 및 결합제를 포함하는 슬러리 또는 분산액 내에 상기 이형필름이 부착된 음극 지지체(10)를 담근 후 건저 올리는 디핑법을 사용하여 상기 음극층(20)을 형성할 수 있다. The negative electrode support 10 casts a slurry or dispersion comprising NiO as an example of an oxide of a catalyst metal, YSZ as an example of an oxygen ion conductor, a dispersant, a plasticizer, and a binder, compresses, and compresses a temperature of about 800 to 900 degrees. It can be obtained by pre-sintering. Pre-sintering means that the negative electrode support 10 is sintered to have a stable state so as not to be broken for handling. Thereafter, the negative electrode layer 20 may be formed on the negative electrode support 10. The cathode layer 20 may be formed using a wet method, specifically a dipping method, a coating method, a printing method, or the like. As an example, after attaching a release film (not shown) on the lower surface of the negative electrode support 10, an oxide of the catalyst metal as an example NiO, an oxygen ion conductor as an example YSZ, a dispersing agent, and a binder comprising The negative electrode layer 20 may be formed by dipping a negative electrode support 10 to which the release film is attached in a slurry or dispersion, and then dipping up.

상기 음극층(20) 상에 전해질층(30a, 30b)을 형성할 수 있다. 상기 전해질층(30a, 30b)은 산소 이온 전도체층으로 YSZ층(30a)과 RDC층(30b)의 이중층일 수 있다. 상기 RDC는 일 예로서, NDC, GDC, 또는 SDC일 수 있다. 상기 전해질층(30a, 30b)은, 소결밀도를 높일 수 있으나 불순물로서 작용하여 저항을 높일 수 있는 소결조제(sintering aid)를 함유하지 않을 수 있다.Electrolyte layers 30a and 30b may be formed on the cathode layer 20. The electrolyte layers 30a and 30b may be a double layer of the YSZ layer 30a and the RDC layer 30b as an oxygen ion conductor layer. The RDC may be, for example, NDC, GDC, or SDC. The electrolyte layers 30a and 30b may increase the sintering density, but may not contain a sintering aid capable of increasing resistance by acting as an impurity.

상기 전해질층(30a, 30b)을 형성하는 것은 습식법 구체적으로 디핑법, 코팅법, 또는 프린팅법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 전해질층(30a, 30b)을 습식법을 사용하여 형성하는 경우, 상기 전해질층(30a, 30b)의 두께를 낮출 수 있어 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 음극층(20)이 형성된 음극 지지체(10)를, YSZ 파우더, 분산제, 및 결합제를 포함하는 슬러리 또는 분산액 내에 담근 후 건저 올리는 디핑법을 사용하여 상기 YSZ층(30a)을 형성하고, 상기 음극층(20)과 상기 YSZ층(30a)이 차례로 형성된 음극 지지체(10)를, RDC 파우더, 분산제, 및 결합제를 포함하는 슬러리 또는 분산액 내에 담근 후 건저 올리는 디핑법을 사용하여 상기 RDC층(30b)을 형성할 수 있다.The electrolyte layers 30a and 30b may be formed using a wet method, specifically a dipping method, a coating method, or a printing method. When the electrolyte layers 30a and 30b are formed using a wet method, the thickness of the electrolyte layers 30a and 30b can be lowered to improve ion conductivity. As an example, the YSZ layer 30a is formed using a dipping method in which the negative electrode support 10 on which the negative electrode layer 20 is formed is immersed in a slurry or dispersion liquid containing YSZ powder, dispersant, and binder, and then raised. Then, the cathode layer 20 and the YSZ layer 30a, the anode support 10 formed in turn, is immersed in a slurry or dispersion containing RDC powder, a dispersant, and a binder, and then using the dipping method to raise the RDC. Layer 30b may be formed.

이 후, 상기 전해질층(30a, 30b)을 등방압축(isostatic compression)할 수 있다. 이 등방압축은 상기 전해질층(30a, 30b)에 미치는 압력이 모든 방향에서 거의 동일한 것을 의미한다. 이 경우, 상기 전해질층(30a, 30b) 내의 산소 이온 전도체 입자들 사이의 간격 또는 공극을 모든 방향에서 줄일 수 있어 상기 전해질층(30a, 30b)의 전체적인 밀도가 향상될 수 있다. Thereafter, the electrolyte layers 30a and 30b may be isostatically compressed. This isotropic compression means that the pressure on the electrolyte layers 30a and 30b is almost the same in all directions. In this case, the gaps or voids between the oxygen ion conductor particles in the electrolyte layers 30a and 30b can be reduced in all directions, so that the overall density of the electrolyte layers 30a and 30b can be improved.

도 2는 본 실시예에서 사용된 등방압축기를 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram showing an isotropic compressor used in this embodiment.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 음극층(20)과 상기 전해질층(30a, 30b)이 차례로 형성된 음극 지지체(10)를 밀봉하여 압력 매체가 채워진 압력 챔버 내에 넣고, 압력 매체에 압력을 가하면 상기 음극층(20)을 비롯한 상기 전해질층(30a, 30b)에 등방압력이 가해질 수 있다. 상기 압력 매체는 물일 수 있고, 이 등방압축은 상온에서 진행될 수 있다.1 and 2, when the negative electrode layer 20 and the negative electrode support 10 in which the electrolyte layers 30a and 30b are sequentially formed are sealed, placed in a pressure chamber filled with a pressure medium, and when pressure is applied to the pressure medium, An isotropic pressure may be applied to the electrolyte layers 30a and 30b including the cathode layer 20. The pressure medium may be water, and the isotropic compression may proceed at room temperature.

다시 도 1을 참조하면, 등방압축된 결과물을 소결할 수 있다. 이 때, 상기 음극층(20)과 상기 전해질층(30a, 30b) 그리고 음극 지지체(10)는 공소결될 수 있다. 이러한 공소결은 각 층들 사이의 접착력의 향상과 더불어서 제조단가를 저감시킬 수 있다. 상기 전해질층(30a, 30b)이 YSZ층(30a)과 RDC층(30b)의 이중층인 경우, 상기 공소결은 YSZ층(30a)과 RDC층(30b) 상이에 YSZ와 RDC의 반응 생성물 일 예로서, (Ce,Zr)O2이 형성되는 온도 미만의 온도에서 실시할 수 있다. 이 경우, 낮은 이온전도도를 갖는 YSZ와 RDC의 반응 생성물의 생성을 억제하여 전해질층(30a, 30b)의 이온전도도를 향상시킬 수 있다.Referring back to FIG. 1, the isotropically compressed product can be sintered. At this time, the cathode layer 20, the electrolyte layers 30a, 30b, and the cathode support 10 may be co-sintered. Such co-sintering can improve the adhesion between each layer and reduce the manufacturing cost. When the electrolyte layer (30a, 30b) is a double layer of the YSZ layer (30a) and RDC layer (30b), the co-sintering is an example of the reaction product of YSZ and RDC between the YSZ layer (30a) and RDC layer (30b) As, it can be carried out at a temperature lower than the temperature at which (Ce, Zr) O 2 is formed. In this case, it is possible to improve the ionic conductivity of the electrolyte layers 30a and 30b by suppressing the production of a reaction product of YSZ and RDC having low ionic conductivity.

YSZ와 RDC의 반응 생성물이 형성되는 온도는 약 1300℃ 이상으로, 본 실시예에서 상기 공소결은 1300℃ 미만의 온도 예를 들어, 1220 내지 1280℃ 일 예로서, 1250℃의 온도에서 수행할 수 있다. 또한, 공소결은 공기 분위기에서 진행할 수 있고, 약 3시간 내지 5시간 정도 진행할 수 있다.The temperature at which the reaction products of YSZ and RDC are formed is about 1300 ° C. or higher, and in this embodiment, the co-sintering may be performed at a temperature of 1250 ° C., for example, a temperature of less than 1300 ° C., for example, 1220 to 1280 ° C. have. In addition, the air sintering may be performed in an air atmosphere, and may be performed for about 3 to 5 hours.

상술한 등압압축을 통해 상기 전해질층(30a, 30b)은 모든 방향에서 충분히 압축되어 치밀화되었으므로, 상기 공소결을 YSZ와 RDC의 반응 생성물이 형성되는 온도 미만의 온도에서 진행하고 또한 상기 전해질층(30a, 30b) 내에 소결조제가 포함되지 않아 소결에 따른 치밀화가 덜 수행되더라도, 충분히 밀도가 높은 전해질층(30a, 30b)을 얻을 수 있다. 이와 같이, 충분히 밀도가 높으면서도 비교적 낮은 온도에서 소결이 진행되어 YSZ와 RDC의 반응 생성물의 생성이 억제되고, 또한 불순물인 소결조제를 함유하지 않는 전해질층(30a, 30b)은 이온전도도가 크게 향상될 수 있고 또한 가스 투과율을 크게 억제할 수 있어, 전지의 개회로전압, 출력밀도 및 저항을 낮출 수 있다.Since the electrolyte layers 30a and 30b are sufficiently compressed and compacted in all directions through the isostatic compression described above, the co-sintering proceeds at a temperature below the temperature at which the reaction products of YSZ and RDC are formed and the electrolyte layer 30a , Even if the sintering aid is not included in 30b), and the densification according to sintering is performed less, the sufficiently dense electrolyte layers 30a and 30b can be obtained. As described above, sintering proceeds at a relatively low temperature while being sufficiently high in density, so that the production of reaction products of YSZ and RDC is suppressed, and the electrolyte layers 30a and 30b that do not contain impurities as sintering aids greatly improve ion conductivity. It can also be greatly suppressed the gas permeability, it is possible to lower the open circuit voltage, output density and resistance of the battery.

이후, 상기 전해질층(30a, 30b) 상에 양극층(40) 또는 연료전극층을 형성할 수 있다. 상기 양극층(40)은 전자 전도체인 페로브스카이트 구조의 전자 전도성 금속 산화물과 산소 이온 전도체인 형석형(fluorite) 구조를 갖는 산소이온 전도성 금속산화물을 구비할 수 있다. 상기 페로브스카이트 구조의 전자 전도성 금속 산화물은 LSCF(La1-xSrxCo1-yFeyO3, 여기서 0<x<1, 0<y<1), LSC(La1-xSrxCoO3, 여기서 0<x<1), LSF(La1-xSrxFeO3, 여기서 0<x<1), 또는 BSCF(Ba1-xSrxCo1-yFeyO3, 여기서 0<x<1, 0<y<1)일 수 있다. 상기 산소 이온 전도체는 앞서 설명한 바와 같이 RDC, 일 예로서, NDC, GDC, 및 SDC; YSZ; 및 ScSZ로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 양극층은 저온에서도 양호한 전자 전도 특성을 타나내는 LSCF(La1-xSrxCo1-yFeyO3, 여기서 0<x<1, 0<y<1)와 RDC를 구비할 수 있다. 상기 전해질층(30a, 30b)이 YSZ층(30a)과 RDC층(30b)의 이중층인 경우, 상기 RDC층(30b)은 상기 양극층(40)과 상기 YSZ층(30a) 사이에 위치하여, 상기 양극층(40) 내의 상기 페로브스카이크 구조의 전자전도체와 YSZ 사이의 화학적 반응을 억제할 수 있다.Thereafter, an anode layer 40 or a fuel electrode layer may be formed on the electrolyte layers 30a and 30b. The anode layer 40 may include an electron-conducting metal oxide having a perovskite structure as an electron conductor and an oxygen-ion conducting metal oxide having a fluorite structure as an oxygen ion conductor. The electron-conductive metal oxide of the perovskite structure is LSCF (La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 , where 0 <x <1, 0 <y <1), LSC (La 1-x Sr x CoO 3 , where 0 <x <1), LSF (La 1-x Sr x FeO 3 , where 0 <x <1), or BSCF (Ba 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 , where It may be 0 <x <1, 0 <y <1). The oxygen ion conductor may include RDC, as an example, NDC, GDC, and SDC as described above; YSZ; And it may include one or more selected from the group consisting of ScSZ. As an example, the anode layer is LSCF (La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 , where 0 <x <1, 0 <y <1) and RDC exhibit good electron conduction properties even at low temperatures. It can be provided. When the electrolyte layer (30a, 30b) is a double layer of the YSZ layer (30a) and the RDC layer (30b), the RDC layer (30b) is located between the anode layer 40 and the YSZ layer (30a), The chemical reaction between the electron conductor of the perovskite structure in the anode layer 40 and YSZ can be suppressed.

위에서, 음극 지지체(10) 상에 음극층(20)이 형성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 음극층(20)의 형성은 생략될 수 있고 이 경우 음극 지지체(10)는 음극층의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 음극 지지체(10)의 하부에는 음극 집전체(미도시)가 상기 양극층(40)의 상부에는 양극 집전체(미도시)가 형성될 수도 있다. 상기 집전체는 다수의 기공을 함유하는 전도체로서, 금속 메쉬(metal mesh), 금속 폼(metal foam), 또는 다공성 탄소 구조체일 수 있다. 금속 메쉬 또는 금속 폼의 경우, Ni, Co, Mn, 또는 이들 각각의 합금으로 이루어지거, 표면에 Ni, Co, Mn, 또는 이들 각각의 합금으로 코팅된 스테인리스 강일 수 있다.Above, it has been described that the cathode layer 20 is formed on the cathode support 10, but is not limited thereto, and the formation of the cathode layer 20 may be omitted, and in this case, the cathode support 10 serves as a cathode layer. It can be done. In addition, a negative electrode current collector (not shown) may be formed under the negative electrode support 10, and a positive electrode current collector (not shown) may be formed over the positive electrode layer 40. The current collector is a conductor containing a plurality of pores, and may be a metal mesh, a metal foam, or a porous carbon structure. In the case of a metal mesh or metal foam, it may be made of Ni, Co, Mn, or alloys thereof, or stainless steel coated on the surface with Ni, Co, Mn, or alloys of these.

상기 연료전지는 상기 음극층(20) 내에서 외부에서 공급된 산소가 외부 회로를 통해 공급된 전자를 소비하면서 산소이온으로 변환되고, 상기 산소이온은 상기 전해질층(30a, 30b)를 통해 상기 양극층(40)으로 전달되고, 상기 양극층(40)에서는 상기 산소이온과 외부에서 공급된 연료인 수소가 만나 전자 및 물을 생성하는 원리로 작동될 수 있다. 이러한 연료전지는 600도에서 800도에서 동작가능할 수 있다. In the fuel cell, oxygen supplied from the outside in the cathode layer 20 is converted into oxygen ions while consuming electrons supplied through an external circuit, and the oxygen ions are converted into the anode through the electrolyte layers 30a and 30b. It is transferred to the layer 40, and in the anode layer 40, the oxygen ion and hydrogen, which is a fuel supplied from the outside, meet to operate on the principle of generating electrons and water. Such a fuel cell may be operable at 600 degrees to 800 degrees.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred experimental example (example) is presented to help understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only to help understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

<단위셀 제조예 1> <Unit cell manufacturing example 1>

도 3은 본 단위셀 제조예 1에 따른 공정과정을 나타낸 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a process according to Example 1 of the present unit cell.

음극 지지체 제조 : NiO 파우더 110g, YSZ 파우더 90g, 및 분산제인 피시 오일 1g을 32.5g의 에탄올와 32.5g의 톨루엔의 혼합용매 내에 첨가하여 24시간 볼밀링하였다. 상기 볼밀링된 결과물에 부틸 벤질 프탈레이트(Butyl benzyl phthalate)인 가소제 10g과 폴리비닐부티랄(Poly vinyl butyral)인 결합제 13.5g을 추가하고 다시 24시간 볼밀링하여 슬러리를 얻었다. 상기 슬러리를 약 9 시간 동안 진공에서 교반하여 기포 및 가스를 제거하였다. 기포 및 가스가 제거된 슬러리를 기판 상에 1mm의 두께로 테이프 캐스팅한 후 60도에서 건조하고 기판으로부터 분리하여 음극 지지체 테잎을 얻었다. 상기 음극 지지체 테이프를 적당한 크기로 자른 후 잘라진 음극 지지체 테이프를 2장 적층하고, 적층된 음극 지지체 테이프 상에 5 MPa의 압력을 6 시간 동안 가하여 최종 1mm의 두께를 갖는 음극 지지체를 얻었다. Preparation of negative electrode support : 110 g of NiO powder, 90 g of YSZ powder, and 1 g of fish oil as a dispersant were added into a mixed solvent of 32.5 g of ethanol and 32.5 g of toluene to perform ball milling for 24 hours. 10 g of a plasticizer of butyl benzyl phthalate and 13.5 g of a polyvinyl butyral binder were added to the ball milled product, followed by ball milling again for 24 hours to obtain a slurry. The slurry was stirred in vacuo for about 9 hours to remove air bubbles and gases. The slurry from which bubbles and gases were removed was tape-cast to a thickness of 1 mm on a substrate, dried at 60 degrees, and separated from the substrate to obtain a negative electrode support tape. After cutting the negative electrode support tape to an appropriate size, two cut negative electrode support tapes were stacked, and a pressure of 5 MPa was applied over the laminated negative electrode support tape for 6 hours to obtain a negative electrode support having a final thickness of 1 mm.

음극 지지체를 예비소결 : 상기 음극 지지체를 850℃, 공기 분위기의 고온 퍼니스에서 2 시간 동안 예비 소결하여 적절한 강도를 갖춘 음극 지지체를 얻었다. 상기 예비 소결된 음극 지지체의 하부면 상에 파라필름(parafilm)을 60℃의 온도에서 부착하였다. Pre-sintering the negative electrode support: The negative electrode support was pre-sintered for 2 hours at a high temperature furnace in an air atmosphere at 850 ° C. to obtain a negative electrode support having appropriate strength. Parafilm was attached on the lower surface of the pre-sintered negative electrode support at a temperature of 60 ° C.

NiO/YSZ 음극층 형성 : NiO 파우더 50g, YSZ 파우더 50g, 및 분산제인 피시 오일 1.5g을 200g의 에탄올 내에 첨가하여 24시간 볼밀링하였다. 상기 볼밀링된 결과물에 10 wt% 폴리비닐부티랄 에탄올 용액 7g과 결합제 용액 (Kceracell 사) 40g을 추가하고 다시 24시간 볼밀링하여 NiO/YSZ 분산액을 얻었다. 상기 하부면 상에 파라필름이 부착된 음극 지지체를 상기 NiO/YSZ 분산액 내에 1분간 담근 후 일정한 속도로 건져올리고 상온에서 약 5분간 건조하였다. 이 때, 파라필름이 부착되지 않은 음극 지지체의 상부면 상에 NiO/YSZ 음극층이 10 ㎛의 두께로 형성되었다. NiO / YSZ cathode layer formation : NiO powder 50g, YSZ powder 50g, and dispersant 1.5 g of fish oil were added in 200g of ethanol and ball milled for 24 hours. To the ball milled product, 7 g of 10 wt% polyvinyl butyral ethanol solution and 40 g of a binder solution (Kceracell) were added and ball milled again for 24 hours to obtain a NiO / YSZ dispersion. The negative electrode support having the parafilm attached to the lower surface was immersed in the NiO / YSZ dispersion for 1 minute, then raised at a constant rate and dried at room temperature for about 5 minutes. At this time, a NiO / YSZ negative electrode layer was formed to a thickness of 10 μm on the upper surface of the negative electrode support without parafilm attached.

YSZ 전해질층 형성 : YSZ 파우더 100g과 분산제인 피시 오일 1.2g을 300g의 에탄올 내에 첨가하여 24시간 볼밀링하였다. 상기 볼밀링된 결과물에 10 wt% 폴리비닐부티랄 에탄올 용액 11g과 결합제 용액 (Kceracell 사) 40g을 추가하고 다시 24시간 볼밀링하여 YSZ 분산액을 얻었다. 상기 NiO/YSZ 음극층이 형성된 음극 지지체를 상기 YSZ 분산액 내에 2초 동안 담근 후 일정한 속도로 건져 올리고 상온에서 약 5분간 건조하였다. 이 때, 상기 NiO/YSZ 음극층 상에 YSZ 전해질층이 2 ㎛의 두께로 형성되었다. Formation of YSZ electrolyte layer : 100 g of YSZ powder and 1.2 g of fish oil as a dispersant were added into 300 g of ethanol and ball milled for 24 hours. To the ball milled product, 11 g of 10 wt% polyvinyl butyral ethanol solution and 40 g of a binder solution (Kceracell) were added and ball milled again for 24 hours to obtain an YSZ dispersion. The negative electrode support on which the NiO / YSZ negative electrode layer was formed was immersed in the YSZ dispersion for 2 seconds, dried at a constant rate, and dried at room temperature for about 5 minutes. At this time, an YSZ electrolyte layer was formed on the NiO / YSZ cathode layer to a thickness of 2 μm.

GDC 전해질층 형성 : GDC 파우더 100g과 분산제인 피시 오일 1.3g을 300g의 에탄올 내에 첨가하여 24시간 볼밀링하였다. 상기 볼밀링된 결과물에 10 wt% 폴리비닐부티랄 에탄올 용액 10g과 결합제 용액 (Kceracell 사) 20g을 추가하고 다시 24시간 볼밀링하여 GDC 분산액을 얻었다. 상기 NiO/YSZ 음극층과 YSZ 전해질층이 차례로 형성된 음극 지지체를 상기 GDC 분산액 내에 2초 동안 담근 후 일정한 속도로 건져 올리고 상온에서 약 5분간 건조하였다. 이 때, 상기 YSZ 전해질층 상에 GDC 전해질층이 5 ㎛의 두께로 형성되었다. Formation of GDC electrolyte layer : 100 g of GDC powder and 1.3 g of fish oil as a dispersant were added into 300 g of ethanol to perform ball milling for 24 hours. 10 g of a 10 wt% polyvinyl butyral ethanol solution and 20 g of a binder solution (Kceracell) were added to the ball milled result, and then ball milled again for 24 hours to obtain a GDC dispersion. The negative electrode support in which the NiO / YSZ negative electrode layer and the YSZ electrolyte layer were sequentially formed was immersed in the GDC dispersion for 2 seconds, dried at a constant rate, and dried at room temperature for about 5 minutes. At this time, a GDC electrolyte layer was formed on the YSZ electrolyte layer to a thickness of 5 μm.

등방압축 : 상기 음극 지지체 상에 NiO/YSZ 음극층, YSZ 전해질층, 및 GDC 전해질층이 차례로 형성된 샘플을 라텍스 튜브 내에 넣어 진공으로 밀봉한 후, 등방 압축기 내에 넣고 300MPa의 압력을 5분간 가하였다. 이 후, 상기 라텍스 튜브를 제거하고 결합제 등 유기물을 제거하기 위해서 공기분위기 850도에서 1시간 열처리하였다. Isotropic compression : A sample in which NiO / YSZ anode layer, YSZ electrolyte layer, and GDC electrolyte layer were sequentially formed on the anode support was sealed in a vacuum, then placed in an isotropic compressor, and a pressure of 300 MPa was applied for 5 minutes. Thereafter, the latex tube was removed and heat treatment was performed for 1 hour at 850 degrees in an air atmosphere to remove organic substances such as a binder.

공소결 : 상기 음극 지지체 상에 NiO/YSZ 음극층, YSZ 전해질층, 및 GDC 전해질층이 차례로 형성되고 등방압축된 샘플을 공기분위기 1250도의 고온 퍼니스에서 4시간 동안 소결하여 하프셀을 완성하였다. Co-sintering : NiO / YSZ negative electrode layer, YSZ electrolyte layer, and GDC electrolyte layer were sequentially formed on the negative electrode support, and isotropically compressed samples were sintered in a high temperature furnace at 1250 ° C. for 4 hours to complete a half cell.

양극층 형성 : GDC 파우더 12g, LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3) 파우더 12g을 12g의 에탄올 내에 첨가하여 24시간 볼밀링하였다. 상기 볼밀링된 결과물에 10 wt% 폴리비닐부티랄 에탄올 용액 4g과 결합제 용액 (Kceracell 사) 20g을 추가하고 다시 24시간 볼밀링하여 GDC/LSCF 슬러리를 얻었다. 상기 소결된 하프셀의 GDC 전해질층 상에 상기 GDC/LSCF 슬러리를 스크린 프린팅한 후 60도의 오븐에서 3시간 건조하여 GDC/LSCF 양극층을 15 ㎛의 두께로 형성하였다. 이 후, 공기분위기 1050도의 고온 퍼니스에서 2시간 동안 열처리하여 단위셀을 완성하였다. Formation of anode layer : 12 g of GDC powder and 12 g of LSCF (La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ) powder were added into 12 g of ethanol and ball milled for 24 hours. 4 g of 10 wt% polyvinyl butyral ethanol solution and 20 g of a binder solution (Kceracell) were added to the ball milled product, followed by ball milling for 24 hours to obtain a GDC / LSCF slurry. The GDC / LSCF slurry was screen printed on the GDC electrolyte layer of the sintered half-cell, and then dried in an oven at 60 degrees for 3 hours to form a GDC / LSCF anode layer with a thickness of 15 μm. Thereafter, the unit cell was completed by heat treatment for 2 hours in a high-temperature furnace at an air atmosphere of 1050 degrees.

<단위셀 제조예 2><Unit cell manufacturing example 2>

등방압축 단계를 실시하지 않은 것을 제외하고는 단위셀 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 단위셀을 제조하였다.A unit cell was prepared using the same method as in unit cell preparation example 1, except that the isotropic compression step was not performed.

도 4는 GDC 파우더와 YSZ 파우더의 혼합물을 1250도와 1300도에서 각각 열처리한 결과물들의 X-선 회절그래프(X-Ray Diffraction Graph)이다. 이 때 열처리는 제조예 1에서이 공소결 과정과 유사하게 공기분위기의 퍼니스 내에서 4시간 동안 진행되었다.Figure 4 is an X-ray diffraction graph (X-Ray Diffraction Graph) of the result of heat treatment of the mixture of GDC powder and YSZ powder at 1250 and 1300 degrees, respectively. At this time, the heat treatment was performed for 4 hours in the furnace of the air atmosphere, similar to this co-sintering process in Preparation Example 1.

도 4를 참조하면, GDC 파우더와 YSZ 파우더의 혼합물을 1250도에서 열처리한 경우, GDC를 나타내는 피크들과 YSZ를 나타내는 피크들이 서로 분리되어 샤프한 형태로 나타난다.Referring to FIG. 4, when the mixture of GDC powder and YSZ powder is heat-treated at 1250 ° C, peaks representing GDC and peaks representing YSZ are separated from each other and appear sharp.

그러나, GDC 파우더와 YSZ 파우더의 혼합물을 1300도에서 열처리한 경우, 서로 인접하는 GDC를 나타내는 피크와 YSZ를 나타내는 피크가 분리되지 못하고 합쳐진 것을 확인할 수 있다. 이로부터, 1300도 열처리 과정에서 GDC와 YSZ의 반응으로 인해 (Ce,Zr)O2 상이 형성된 것으로 추정할 수 있다.However, when the mixture of the GDC powder and the YSZ powder is heat-treated at 1300 degrees, it can be confirmed that the peaks representing the adjacent GDCs and the peaks representing the YSZs are not separated and combined. From this, it can be estimated that (Ce, Zr) O 2 phase was formed due to the reaction of GDC and YSZ during the 1300 degree heat treatment.

도 5a 및 도 5b는 단위셀 제조예 1의 진행과정 중 등방압축 전(5a)과 등방압축 후(5b)의 전해질층의 표면과 단면을 나타낸 SEM 사진들이다.5A and 5B are SEM photographs showing the surface and cross-section of the electrolyte layer before isotropic compression (5a) and after isotropic compression (5b) during the course of the unit cell preparation example 1;

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 등방압축 전(5a)에 비하여, 등방압축 후(5b)의 전해질층은 표면과 단면 내의 기공이 거의 제거된 것을 알 수 있다. 이로부터 등방압축에 의해 전해질층이 상하부방향 뿐 아니라 측부방향 등 사방으로 수축되어 치밀화된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, it can be seen that the pores in the surface and the cross-section are almost eliminated in the electrolyte layer after isotropic compression (5b) compared to before isotropic compression (5a). From this, it can be seen that the electrolyte layer was contracted in all directions such as the side direction as well as the upper and lower directions by isotropic compression to be densified.

도 6은 단위셀 제조예 1 및 단위셀 제조예 2에 따라 제조된 단위셀들을 600도에서 운전하면서 얻은 I-V 커브 및 출력밀도를 나타낸 그래프이다. 6 is a graph showing the I-V curve and the power density obtained while operating the unit cells prepared according to the unit cell preparation example 1 and the unit cell manufacturing example 2 at 600 degrees.

도 6을 참고하면, 단위셀 제조예 1에서 얻어진 단위셀은 단위셀 제조예 2에서 얻어진 단위셀 대비 개회로전압(open circuit volatge; OCR)이 높고 또한 최대 출력밀도도 매우 높은 것을 알 수 있다. 이는 단위셀 제조예 1에서 설명된 바와 같이 YSZ 전해질층과 GDC 전해질층을 형성한 후 등방압축함에 따라 비교적 낮은 온도인 1250도에서 공소결하더라도 충분히 높은 밀도를 갖는 전해질층을 얻을 수 있어, 애노드와 캐소드를 통해 유입되는 가스들의 투과를 억제함에 따라 개회로전압이 높아지는 것으로 보이며, 또한 밀도 향상에 따라 전해질층 내의 기공이 줄어들어 저항이 감소함에 따라 출력밀도가 향상되는 것으로 볼 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the unit cell obtained in the unit cell manufacturing example 1 has a higher open circuit volatge (OCR) than the unit cell obtained in the unit cell manufacturing example 2, and a maximum output density is very high. It is possible to obtain an electrolyte layer having a sufficiently high density even after air sintering at a relatively low temperature of 1250 ° C by isotropic compression after forming the YSZ electrolyte layer and the GDC electrolyte layer, as described in Production Example 1 of the unit cell. It can be seen that the open circuit voltage seems to increase as the permeation of gases flowing through the cathode is suppressed, and the density of the pores in the electrolyte layer decreases as the density improves, resulting in an increase in output density as the resistance decreases.

한편, 단위셀 제조예 2에서 설명된 바와 같이 YSZ 전해질층과 GDC 전해질층을 형성한 후 등방압축하지 않고 비교적 낮은 온도인 1250도에서 공소결한 경우는, 충분히 높은 밀도의 전해질층을 얻기 어려워 낮은 개회로전압 및 출력밀도를 나타내는 것으로 볼 수 있다. On the other hand, when the YSZ electrolyte layer and the GDC electrolyte layer are formed and then sintered at 1250 ° C, which is a relatively low temperature, after forming the YSZ electrolyte layer and the GDC electrolyte layer, as described in Preparation Example 2, it is difficult to obtain an electrolyte layer having a sufficiently high density, and the opening is low. It can be seen as indicating the furnace voltage and output density.

도 7은 단위셀 제조예 1 및 단위셀 제조예 2에 따라 제조된 단위셀들을 600도에서 운전하면서 얻은 전기화학 임피던스 특성을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the electrochemical impedance characteristics obtained by operating the unit cells prepared according to the unit cell preparation example 1 and the unit cell manufacturing example 2 at 600 degrees.

도 7을 참조하면, YSZ 전해질층과 GDC 전해질층을 차례로 형성한 후 등방압축하고 공소결을 진행한 단위셀 제조예 1에서 얻어진 단위셀은, 상기 등방압축 단계를 실시하지 않은 단위셀 제조예 2에서 얻어진 단위셀 대비 저항이 작은 것을 알 수 있다. 이는 단위셀 제조예 1에서 얻어진 단위셀에서 YSZ 전해질층과 GDC 전해질층 사이의 접촉성이 더 우수한 것을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 7, the unit cell obtained in Example 1 of the unit cell in which the YSZ electrolyte layer and the GDC electrolyte layer were sequentially formed and then isotropically compressed and subjected to co-sintering, Unit Cell Production Example 2 in which the isotropic compression step was not performed It can be seen that the resistance is smaller than the unit cell obtained in. This may mean that the contact between the YSZ electrolyte layer and the GDC electrolyte layer is better in the unit cell obtained in the unit cell preparation example 1.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.As described above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and alterations by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present invention This is possible.

Claims (9)

음극 지지체를 형성한 후, 800 내지 900도로 예비소결하는 단계;
상기 예비소결된 음극 지지체 상에 습식법을 사용하여 YSZ(yttria stabilized zirconia)층과 희토류-도핑된 세리아(rare-earth-doped ceria, RDC)층을 차례로 적층하여 전해질층을 형성하는 단계;
상기 전해질층을 등방압축하는 단계;
상기 음극 지지체와 상기 등방압축된 전해질층을 1220℃ 이상 그리고 상기 YSZ층과 상기 RDC층 사이의 반응생성물이 생성되는 온도 미만의 온도에서 공소결하는 단계; 및
상기 소결된 전해질층 상에 양극층을 형성하는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지 제조방법.
After forming the negative electrode support, the step of pre-sintering to 800 to 900 degrees;
Forming an electrolyte layer by sequentially stacking a layer of yttria stabilized zirconia (YSZ) and a rare-earth-doped ceria (RDC) layer on the pre-sintered negative electrode support using a wet method;
Isotropically compressing the electrolyte layer;
Co-sintering the negative electrode support and the isotropically compressed electrolyte layer at a temperature of at least 1220 ° C. and below a temperature at which a reaction product between the YSZ layer and the RDC layer is produced; And
And forming an anode layer on the sintered electrolyte layer.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 공소결은 1220 내지 1280℃의 온도에서 수행하는 고체 산화물 연료전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The sintering is performed at a temperature of 1220 to 1280 ℃ solid oxide fuel cell manufacturing method.
청구항 1에 있어서,
상기 RDC는 GDC(gadolinium-doped ceria)인 고체 산화물 연료전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The RDC is a solid oxide fuel cell manufacturing method that is GDC (gadolinium-doped ceria).
청구항 1에 있어서,
상기 음극 지지체는 촉매 금속과 YSZ를 구비하는 고체 산화물 연료전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The anode support is a solid oxide fuel cell manufacturing method comprising a catalyst metal and YSZ.
청구항 1에 있어서,
상기 양극층은 페로브스카이트 구조의 금속 산화물과 RDC를 구비하는 고체 산화물 연료전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The anode layer is a method of manufacturing a solid oxide fuel cell having a perovskite structure metal oxide and RDC.
청구항 6에 있어서,
상기 페로브스카이트 구조의 금속 산화물은 LSCF(La1-xSrxCo1-yFeyO3, 여기서 0<x<1, 0<y<1)인 고체 산화물 연료전지 제조방법.
The method according to claim 6,
The metal oxide of the perovskite structure is LSCF (La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 , wherein 0 <x <1, 0 <y <1).
청구항 1에 있어서,
상기 전해질층은 소결조제를 포함하지 않는 고체 산화물 연료전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The electrolyte layer is a solid oxide fuel cell manufacturing method that does not include a sintering aid.
삭제delete
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