KR20160054897A - Composition for current colletor of solid oxide fuel cell, collector including the same and solid oxide fuel cell including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트 조성물, 이를 포함하는 집전체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a paste composition for a solid oxide fuel cell current collector, a current collector including the same, and a solid oxide fuel cell including the same.
3세대 연료전지로 불리는 SOFC(고체산화물 연료전지)는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동되었다. SOFC는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(600 ℃ 내지 900 ℃) 에서 작동한다. 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 또한, 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점들 덕분에 SOFC에 관한 연구는 21세기 초에 상업화하는 것을 목표로 활발히 연구가 이루어지고 있다.SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), a third-generation fuel cell, was first used by Bauer and Preis in 1937 as a fuel cell using a solid oxide as an electrolyte capable of permeating oxygen or hydrogen ions. SOFCs operate at the highest temperature (600 ° C to 900 ° C) of existing fuel cells. Because all the components are solid, their structure is simple compared to other fuel cells, and there is no electrolyte loss or replacement and corrosion problems. In addition, since it operates at a high temperature, a noble metal catalyst is not required, and fuel supply through direct internal reforming is easy. It also has the advantage of heat-combined power generation using waste heat to discharge high-temperature gas. Thanks to these advantages, research on SOFC has been actively pursued with the aim of commercialization in the early 21st century.
SOFC는 공기극(cathode)에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극(anode)으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이 때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 것이 기본 작동원리이다.In the SOFC, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen at the cathode move to the anode through the electrolyte and react with the hydrogen supplied to the anode again to generate water. At this time, Since the generated electricity is consumed in the air electrode, the basic operation principle is to connect the two electrodes to generate current.
일반적으로 SOFC는 대전력을 발생시키기 위해 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 이루어진 단위 전지(cell)을 여러 개 쌓아 놓은 형태인 스택 구조를 가진다. 상기 단위 전지를 스택 구조로 결합하기 위해 분리판이 사용되고, 집전 기능을 향상시키기 위해 상기 단위 전지와 분리판 사이에 집전체가 삽입된다. 집전체는 실질적인 발전이 일어나는 셀에서 생성된 전기를 모아 다음 단계로 전해주는 역할을 한다.In general, an SOFC has a stack structure in which a plurality of unit cells each composed of an electrolyte and a cathode and an anode located on both sides thereof are stacked to generate a large electric power. A separator plate is used to combine the unit cells in a stack structure, and a current collector is inserted between the unit cells and the separator plate to improve the current collecting function. The collective collects the electricity generated in the cell where substantial development takes place, and transfers it to the next stage.
집전체는 SOFC 성능과 관련된 주요 구성요소로, 집전체에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 오고 있다.The current collector is a major component related to the SOFC performance, and the current collector has been continuously studied.
본 명세서는 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트 조성물, 이를 포함하는 집전체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지를 제공하고자 한다.The present invention provides a paste composition for a solid oxide fuel cell current collector, a current collector containing the same, and a solid oxide fuel cell including the same.
본 명세서의 일 실시상태는 은(Silver)으로 코팅된 금속입자를 포함하는 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트 조성물을 제공한다.One embodiment of the present disclosure provides a paste composition for a solid oxide fuel cell current collector comprising metal particles coated with silver.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 상기 페이스트용 조성물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 집전체를 제공한다.An embodiment of the present disclosure also provides a current collector for a solid oxide fuel cell comprising the paste composition.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 은으로 코팅된 금속입자, 유기 용매 및 바인더를 포함하는 조성물을 준비하는 단계를 포함하는 상기 고체산화물 연료전지 집전체의 제조방법을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a method of manufacturing the solid oxide fuel cell current collector, comprising the step of preparing a composition including silver coated metal particles, an organic solvent, and a binder.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 공기극, 연료극 및 상기 공기극과 상기 연료극 사이에 구비된 전해질을 포함하는 2 이상의 단위 전지; One embodiment of the present specification also relates to a fuel cell comprising at least two unit cells comprising an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte provided between the air electrode and the fuel electrode;
2 이상의 단위 전지 사이에 구비된 분리막; 및A separator provided between two or more unit cells; And
2 이상의 단위 전지 사이에 구비된 집전체를 포함하고,And a current collector provided between two or more unit cells,
상기 집전체는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 집전체인 것인 고체산화물 연료전지를 제공한다.Wherein the current collector is a current collector according to an embodiment of the present specification.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지 집전체용 조성물을 포함하는 집전체는 이종금속의 공융점 형성을 통해 고체산화물 연료전지의 일반적인 구동온도에서의 은(silver)의 증발을 방지할 수 있다.The current collector comprising the composition for a solid oxide fuel cell current collector according to an embodiment of the present invention can prevent the evaporation of silver at the normal operating temperature of the solid oxide fuel cell through the formation of eutectic points of the dissimilar metals have.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지 집전체용 조성물을 포함하는 집전체는 900℃이하에서 다공성(porous) 구조를 유지하면서, 단위전지와의 연결 소결 공정을 진행할 수 있다.In addition, the collector including the composition for the solid oxide fuel cell current collector according to one embodiment of the present invention can carry out the connection sintering process with the unit cell while maintaining the porous structure at 900 ° C or lower.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지 집전체용 조성물을 포함하는 집전체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지는 공정 단가를 낮출 수 있다.Further, the current collector including the composition for the solid oxide fuel cell current collector according to one embodiment of the present specification and the solid oxide fuel cell including the current collector can lower the process cost.
도 1은 일반적인 고체산화물 연료전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지 페이스트용 조성물에 포함되는 은으로 코팅된 금속입자의 모습을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 4는 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트의 이미지를 나타낸 것이다.1 shows the structure of a conventional solid oxide fuel cell.
2 and 3 are images obtained by scanning electron microscopy (SEM) of the metal-coated metal particles contained in the composition for a solid oxide fuel cell paste according to one embodiment of the present invention.
4 shows an image of a paste for a solid oxide fuel cell current collector according to an embodiment.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Whenever a component is referred to as "comprising ", it is to be understood that the component may include other components as well, without departing from the scope of the present invention.
이하, 본 명세서에 대해서 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.
일반적으로 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트는 은 또는 팔라듐(Pd) 페이스트가 사용된다. 그러나, 은의 경우, 낮은 소결 온도로 인하여 치밀화가 높게 일어나 연료 가스(gas)의 출입을 방해한다. 팔라듐의 경우, 1500℃ 이상의 높은 소결 온도를 가지며, 은과 섞어 사용함으로써 고체산화물 연료전지의 일반적인 구동 온도인 600℃ 내지 900℃에서 은이 증발되지 않도록 한다. 하지만, 팔라듐을 단순한 혼합방법에 의해 섞었을 경우 혼합의 균일도 측면에서 관리가 어렵다는 문제가 있으며, 가격 또한 비싸다는 단점이 있다. Generally, silver or palladium (Pd) paste is used as the paste for the solid oxide fuel cell current collector. However, in the case of silver, densification occurs at a high level due to a low sintering temperature, which interferes with the flow of fuel gas. In the case of palladium, it has a high sintering temperature of 1500 ° C or higher and is used in combination with silver so that the silver does not evaporate at 600 ° C to 900 ° C, which is the general operating temperature of the solid oxide fuel cell. However, when palladium is mixed by a simple mixing method, there is a problem in that it is difficult to control the mixing uniformity in terms of uniformity, and the price is also expensive.
이에, 본 명세서에서는 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트의 재료로 사용할 수 있는 대체소재를 제공하고자 한다.Therefore, in the present specification, it is intended to provide a substitute material which can be used as a material for a paste for a solid oxide fuel cell current collector.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트 조성물은 은(Silver)으로 코팅된 금속입자를 포함한다. 상기 은으로 코팅된 금속입자를 사용하여, 고체산화물 연료전지의 일반적인 구동온도(약 600℃ 내지 900℃)에서 다공성(porous) 구조를 유지하며, 900℃ 이하에서 단위 전지와 집전체의 연결 소결 공정을 진행할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이종금속의 공융점 형성을 통해 은의 증발을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.The paste composition for a solid oxide fuel cell current collector according to an embodiment of the present disclosure includes metal particles coated with silver. By using the silver-coated metal particles, a porous structure is maintained at a general operating temperature (about 600 ° C. to 900 ° C.) of the solid oxide fuel cell, and a connection sintering process It is advantageous to proceed. Further, the effect of preventing evaporation of silver can be obtained through formation of eutectic points of dissimilar metals.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트 조성물을 이용하여 집전체 및/또는 고체산화물 연료전지를 제조할 경우, 공정 단가 절감의 효과를 얻을 수 있다.When the current collector and / or the solid oxide fuel cell are manufactured using the paste composition for a solid oxide fuel cell current collector according to one embodiment of the present invention, the effect of reducing the process cost can be obtained.
본 명세서 있어서, 상기 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트 조성물은 은으로 코팅된 금속입자 이외에 유기용매 및 바인더를 더 포함한다. 상기 유기용매는 당 기술분야에 알려진 것을 사용할 수 있으며, 제작 공정 중 조성물의 건조를 방지하고 유동성을 조절할 수 있는 것이라면 어떤 용매이든 무방하다. 예를 들면, 트리에틸렌글리콜에틸에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르, 디에틸렌클리콜에틸에테르, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올모노이소부티레이트(texanol), 에틸렌 글리콜, 톨루엔, 에탄올 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.In this specification, the paste composition for a solid oxide fuel cell current collector further includes an organic solvent and a binder in addition to the metal particles coated with silver. The organic solvent may be any solvent known in the art and may be any solvent as long as it can prevent drying of the composition and control the fluidity of the composition during the production process. For example, triethylene glycol ethyl ether, ethylene glycol hexyl ether, diethylene glycol ethyl ether, tripropylene glycol methyl ether, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate, ethylene Glycol, toluene, ethanol and the like, which may be used alone or in combination of two or more.
상기 용매는 이에 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 조성물 총중량에 0 중량% 초과 20 중량% 이하로 포함될 수 있다.The solvent is not limited to this, but it may preferably be contained in an amount of more than 0 wt% to 20 wt% or less based on the total weight of the composition.
상기 바인더로는 당 기술분야에 알려진 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리비닐부틸알(polyvinylbutyral), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 자일렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 에틸셀룰로오스, 페놀, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the binder include polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, xylene, polyethylene, poly (PMMA), ethyl cellulose, phenol, polyvinyl chloride, and polyvinylidene chloride, and they may be used singly or in combination of two or more kinds thereof. The polyvinylidene chloride may be used alone or in admixture of two or more. Examples of the binder resin include polyvinylidene chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyvinylidene chloride, polycarbonate, polyimide, polymethylmethacrylate .
상기 바인더는 이에 한정되는 것은 아니다, 바람직하게는 조성물 총중량에 0 중량% 초과 15 중량% 이하로 포함될 수 있다.The binder is not limited thereto. Preferably, the binder is contained in an amount of more than 0 wt% to 15 wt% or less.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지 집전체용 조성물에 포함되는 은으로 코팅된 금속입자의 모습을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지이며, 도 3은 도 2에 나타난 여러 개의 금속입자 중 하나를 확대하여 촬영한 이미지이다. 도 3을 구체적으로 살펴보면, 니켈(Ni)입자가 은으로 코팅되어 있으며, 은(Silver)은 은이 코팅된 니켈 입자의 총중량 대비 38중량%로 포함되어 있다. 은의 코팅 두께는 약 0.3㎛이다. 다만, 금속 입자의 종류, 크기, 은의 함량 및 은의 코팅두께 등은 도 2 및 도 3에 의하여 한정되지 않는다.FIG. 2 is an image obtained by scanning electron microscopy (SEM) of a metal-coated metal particle included in a composition for a solid oxide fuel cell current collector according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an image It is an enlarged image of one of several metal particles. 3, nickel (Ni) particles are coated with silver, and silver is contained in an amount of 38% by weight based on the total weight of silver particles coated with silver. The coating thickness of silver is about 0.3 탆. However, the kind, size, silver content and silver coating thickness of the metal particles are not limited by FIG. 2 and FIG.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속입자는 분말(powder)형태일 수 있다. 여기서 “금속입자”는 은으로 코팅되기 전의 금속입자를 의미하는 것이다. 즉, “은으로 코팅된 금속입자”와 구별되어야 한다.According to one embodiment of the present disclosure, the metal particles may be in the form of a powder. Here, " metal particles " means metal particles before being coated with silver. That is, " silver-coated metal particles ".
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 은으로 코팅된 금속입자는 분말(powder)형태일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the silver coated metal particles may be in the form of a powder.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 집전체용 페이스트 조성물은 은(Silver)으로 코팅된 금속입자이다.According to one embodiment of the present invention, the current collector paste composition is a metal particle coated with silver.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 입자는 구리(Cupper) 또는 니켈(Nickel)입자이다.According to one embodiment of the present disclosure, the metal particles are cupper or nickel particles.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 은은 은으로 코팅된 금속입자의 총중량 대비 5 중량% 내지 50 중량% 로 코팅될 수 있다. 은의 중량이 5 중량% 미만일 경우, 전기 전도도 상승 효과가 미미하며, 은의 중량이 50 중량%를 초과할 경우, 금속 위에 코팅하는 것이 어렵다는 문제가 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the silver may be coated in an amount of 5% to 50% by weight based on the total weight of the silver-coated metal particles. When the weight of the silver is less than 5 wt%, the effect of increasing the electrical conductivity is insignificant, and when the weight of the silver is more than 50 wt%, it is difficult to coat the metal on the metal.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 은의 코팅 두께는 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하이다. 은의 코팅 두께가 0.1㎛ 이하일 경우, 소결 시 내부 금속이 외부로 노출될 수 있고, 노출된 부분이 산화되면서 전기 전도도가 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 은의 코팅 두께가 5㎛ 초과할 경우, 코팅하는 것이 어렵다는 문제가 있다.According to one embodiment of the present invention, the coating thickness of the silver is 0.1 탆 or more and 5 탆 or less. When the thickness of the silver coating is 0.1 탆 or less, there is a problem that the inner metal can be exposed to the outside during sintering and the electrical conductivity is lowered due to oxidation of the exposed part. Further, when the coating thickness of silver exceeds 5 탆, there is a problem that it is difficult to coat.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속입자의 입경은 0.01㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 금속입자의 입경은 주사전자현미경 촬영 이미지(SEM)를 통해 육안으로 확인할 수 있으며, 입자 크기 분석기(Particle Size Analyser)를 통해 측정할 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, the particle size of the metal particles may be 0.01 탆 to 10 탆. The particle size of the metal particles can be visually confirmed through a scanning electron microscope (SEM) image or can be measured using a particle size analyzer.
상기 은으로 코팅된 금속입자의 전기 전도도는 은 금속 입자와 동등한 수준의 전기 전도도를 보인다는 장점이 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 은으로 코팅된 금속입자의 전기 전도도는 106/cm·Ω 내지 108/cm·Ω일 수 있으며, 보다 구체적으로 107/cm·Ω 내지 108/cm·Ω일 수 있다.The electrical conductivity of the silver-coated metal particles is advantageous in that they exhibit an electrical conductivity equivalent to that of silver metal particles. According to one embodiment of the present disclosure, the electrical conductivity of the silver-coated metal particles may be from 10 6 / cm · Ω to 10 8 / cm · Ω, more specifically from 10 7 / cm · Ω to 10 8 / cm < / RTI >
본 명세서의 전술한 실시상태에 따른 고체산화물 연료전지용 페이스트 조성물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 집전체를 제공한다. There is provided a current collector for a solid oxide fuel cell including a paste composition for a solid oxide fuel cell according to the above-described embodiment of the present specification.
상기 고체산화물 연료전지용 집전체는 공기극 집전체, 연료극 집전체, 또는 공기극 집전체 및 연료극 집전체로 사용될 수 있다. 공기극 집전체는 분리막과 공기극 사이에 구비된다. 상기 공기극 집전체는 공기극과 접촉하여 집전한다.The current collector for the solid oxide fuel cell may be used as an air electrode current collector, a fuel electrode current collector, or an air electrode current collector and a fuel electrode current collector. The air electrode current collector is provided between the separator and the air electrode. The air electrode current collector is brought into contact with the air electrode to collect electricity.
본 명세서의 일 실시상태는 또한, 은으로 코팅된 금속입자, 유기 용매 및 바인더를 포함하는 조성물을 준비하는 단계를 포함하는 상기 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트의 제조방법을 제공한다. An embodiment of the present disclosure also provides a method of manufacturing the paste for a solid oxide fuel cell current collector, comprising the step of preparing a composition comprising silver-coated metal particles, an organic solvent and a binder.
상기 유기용매 및 상기 바인더에 관한 설명은 전술한 바와 동일하다.The description of the organic solvent and the binder is the same as described above.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 입자와, 상기 유기 용매 및 상기 바인더의 중량비가 65:35 내지 95:5 로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the weight ratio of the metal particles, the organic solvent, and the binder may be 65:35 to 95: 5.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고체산화물 연료전지 집전체용 페이스트의 제조방법은 조성물을 준비하는 단계 이전에 금속 입자에 은을 코팅하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method for manufacturing the solid oxide fuel cell current collector paste may further include the step of coating silver on the metal particles before the step of preparing the composition.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 조성물을 준비하는 단계 이후에 상기 조성물을 이용하여 집전체용 페이스트를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 페이스트는 은으로 코팅된 금속입자, 바인더 및 유기 용매를 섞는 과정을 통해 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method may further include a step of preparing a current collector paste using the composition after the step of preparing the composition. Specifically, the paste may be prepared by mixing silver-coated metal particles, a binder, and an organic solvent.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 집전체용 페이스트를 제조하는 단계는 3-롤 밀(3-roll mill) 또는 볼 밀(ball mill) 방법에 의해 수행될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step of manufacturing the current collector paste may be performed by a 3-roll mill or a ball mill method.
본 명세서에 있어서, 조성물은 3-롤 밀 방법 등을 이용해 섞기 전의 상태를 의미하며, 페이스트는 3-롤 밀 방법 등을 이용해 조성물을 섞은 후의 상태를 의미한다.In the present specification, the composition refers to a state before mixing using a three-roll mill method or the like, and the paste refers to a state after a composition is mixed using a three-roll mill method or the like.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 상기 조성물을 준비하는 단계 이후에 건조 및/또는 소결하는 단계가 더 추가될 수 있다. 집전체용 페이스트를 제조하는 단계를 포함하는 경우에는 페이스트 제조하는 단계 이후에 상기 건조 및/또는 소결하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 소결하는 단계는 800℃ 이하에서 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a step of drying and / or sintering may be further added after the step of preparing the composition. In the case of including the step of producing a current collector paste, it is preferable to perform the drying and / or sintering step after the step of producing a paste. Specifically, the sintering step may be performed at 800 캜 or lower.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 페이스트를 제조하는 단계 이후에 스크린 인쇄 또는 필름(film) 제조하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method may further include a step of screen printing or producing a film after the step of producing the paste.
본 명세서의 일 실시상태는 공기극, 연료극 및 상기 공기극과 상기 연료극 사이에 구비된 전해질을 포함하는 2 이상의 단위 전지; One embodiment of the present disclosure is a fuel cell comprising at least two unit cells including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte provided between the air electrode and the fuel electrode;
2 이상의 단위 전지 사이에 구비된 분리막; 및A separator provided between two or more unit cells; And
2 이상의 단위 전지 사이에 구비된 집전체를 포함하고,And a current collector provided between two or more unit cells,
상기 집전체는 전술한 실시상태에 따른 집전체인 것인 고체산화물 연료전지를 제공한다.Wherein the current collector is a current collector according to the above-described embodiment.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고체산화물 연료전지는 평판형, 원통형 또는 평관형인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the solid oxide fuel cell may be a flat plate, a cylindrical plate, or a flat plate.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 집전체는 공기극 집전체일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the current collector may be a current collector.
도 1은 고체산화물 연료전지의 작동원리의 일 예를 도시한 것이다. 즉, 공기극을 통하여 유입되는 산소와 연료극을 통하여 유입되는 수소가 반응하여 전류가 발생할 수 있다.1 shows an example of the operating principle of a solid oxide fuel cell. That is, the oxygen flowing through the air electrode and the hydrogen flowing through the anode may react to generate a current.
상기 공기극은 란타늄 또는 칼슘 도핑된 스트론튬 망간 산화물 (LSM(strontium doped Lanthanum manganite)); 란타늄 스트론튬 코발트 철 산화물(LSCF((La, Sr)(Co, Fe))); BSCF((Ba, Sr)(Co, Fe)); 가돌리늄(gadolinium), 사마륨(samarium), 란타늄(lanthanium), 이테르븀(ytterbium) 및 네오디뮴(neodymium) 중 하나 이상이 도핑된 세리아; 및 백금, 니켈, 팔라늄, 은, 란타늄, 스트론튬, 바륨 및 코발트 중 하나 이상이 도핑된 페로브스카이트등의 조성으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The cathode may be lanthanum or calcium-doped strontium doped lanthanum manganite (LSM); Lanthanum strontium cobalt iron oxide (LSCF ((La, Sr) (Co, Fe))); BSCF ((Ba, Sr) (Co, Fe)); Ceria doped with at least one of gadolinium, samarium, lanthanium, ytterbium and neodymium; And perovskite doped with at least one of platinum, nickel, palladium, silver, lanthanum, strontium, barium and cobalt, but the present invention is not limited thereto.
상기 연료극은 산화니켈(NiO) 및 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria stabilized Zirconia, YSZ)가 혼합된 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The fuel electrode may be made of a mixed material of nickel oxide (NiO) and yttria stabilized zirconia (YSZ), but is not limited thereto.
상기 전해질은 탄화수소계 고분자, 불소계 고분자, 이트리아 안정화 지르코니아, (La, Sr)(Ga, Mg)O3, Ba(Zr, Y)O3, GDC(Gd doped CeO2), YDC(Y2O3 doped CeO3), 스칸디움 안정화 지르코니아(ScSZ(Scandium stabilized zirconia)) 등을 사용하며, 이에 한정되는 것은 아니다. The electrolyte is a hydrocarbon-based polymer, fluorinated polymer, yttria stabilized zirconia, (La, Sr) (Ga , Mg) O 3, Ba (Zr, Y) O 3, GDC (Gd doped CeO 2), YDC (Y 2 O 3- doped CeO 3 ), scandium stabilized zirconia (ScSZ), and the like, but the present invention is not limited thereto.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 명세서의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following embodiments are intended to illustrate the present disclosure, and thus the scope of the present specification is not limited thereto.
<실시예><Examples>
1㎛ 크기의 니켈 입자, 니켈 입자 대비 30 중량%의 은, 20 중량%의 부틸 카비톨(butyl carbitol)과 테르피네올(terpineol)을 포함하는 용매 및 15 중량%의 에틸 셀룰로오스를 바인더로 포함하는 조성물을 3-롤 밀(3-roll mill) 방법을 적용하여 페이스트를 제작하였다. 제작된 페이스트를 900℃의 온도 하에서 소결하여 최종적으로 입자 간 연결이 되어 다공성 구조를 포함하는 페이스트를 얻었다. A binder containing 30 wt% silver, 20 wt% of a solvent containing butyl carbitol and terpineol, and 15 wt% of ethyl cellulose as nickel particles, The composition was subjected to a 3-roll mill method to prepare a paste. The prepared paste was sintered at a temperature of 900 ° C, and finally the particles were connected to each other to obtain a paste containing a porous structure.
실시예 에 따라 제조된 페이스트의 모습을 도 4에서 나타내었다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 조성물을 이용하여 제조한 페이스트는 다공성 구조를 포함하며, 다공성 구조를 통하여, 이를 포함하는 집전체는 고체산화물 연료전지(SOFC) 작동 시 가스의 입출입이 가능한 구조를 가질 수 있다.The paste prepared according to the embodiment is shown in Fig. As can be seen from FIG. 4, the paste prepared using the composition according to one embodiment of the present disclosure includes a porous structure, and through the porous structure, the current collector containing the same is used as a gas for operating a solid oxide fuel cell It is possible to have a structure capable of inputting / outputting data.
도 4에서 82% 조성 페이스트(paste)는 전체 페이스트 중 은으로 코팅된 니켈의 함량이 82%임을 의미하며, 70% 조성 페이스트(paste)는 전체 페이스트 중 은으로 코팅된 니켈의 함량이 70%임을 의미한다.In FIG. 4, the 82% composition paste means that the nickel content of the entire paste is 82%, and the 70% composition paste has the nickel content 70% it means.
Claims (16)
2 이상의 단위 전지 사이에 구비된 분리막; 및
2 이상의 단위 전지 사이에 구비된 집전체를 포함하고,
상기 집전체는 청구항 8에 기재된 집전체인 것인 고체산화물 연료전지.At least two unit cells including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte provided between the air electrode and the fuel electrode;
A separator provided between two or more unit cells; And
And a current collector provided between two or more unit cells,
And the current collector is the current collector according to claim 8. 12. The solid oxide fuel cell according to claim 11,
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| WO2023038168A1 (en) * | 2021-09-09 | 2023-03-16 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | Current collector comprising precious metal paste and 2d metal oxide, solid oxide fuel cell using same, and manufacturing method therefor |
| US11626595B2 (en) * | 2020-02-11 | 2023-04-11 | Phillips 66 Company | Solid oxide fuel cell cathode materials |
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2014
- 2014-11-07 KR KR1020140154486A patent/KR20160054897A/en not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11626595B2 (en) * | 2020-02-11 | 2023-04-11 | Phillips 66 Company | Solid oxide fuel cell cathode materials |
| WO2023038168A1 (en) * | 2021-09-09 | 2023-03-16 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | Current collector comprising precious metal paste and 2d metal oxide, solid oxide fuel cell using same, and manufacturing method therefor |
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Legal Events
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Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20151223 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20141107 Comment text: Patent Application |
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20161212 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20170626 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20180129 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20170626 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I Patent event date: 20161212 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |