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KR102814299B1 - 고체 산화물 연료전지용 양극 및 이의 제조 방법 - Google Patents

고체 산화물 연료전지용 양극 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR102814299B1
KR102814299B1 KR1020190098703A KR20190098703A KR102814299B1 KR 102814299 B1 KR102814299 B1 KR 102814299B1 KR 1020190098703 A KR1020190098703 A KR 1020190098703A KR 20190098703 A KR20190098703 A KR 20190098703A KR 102814299 B1 KR102814299 B1 KR 102814299B1
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전도연
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은 공기 유입부(Air inlet)와 접하는 제1 양극 영역; 및 공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역을 포함하며, 상기 제1 양극 영역과 제2 양극 영역은 서로 다른 무기 산화물을 포함하는 것인 고체 산화물 연료전지용 양극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

고체 산화물 연료전지용 양극 및 이의 제조 방법 {POSITIVE ELECTRODE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 출원은 2018년 9월 14일 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 10-2018-0110112의 출원일 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 출원은 고체 산화물 연료전지용 양극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목받고 있다.
연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.
연료전지에는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등이 있다.
일반적으로 SOFC는 단위전지와 분리판으로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수개 적층된 구조로 이루어진다. 단위전지는 전해질막과, 전해질막의 일면에 위치하는 양극(공기극)과, 전해질막의 다른 일면에 위치하는 음극(연료극)을 포함한다.
SOFC는 양극에 산소를 공급하고 음극에 수소를 공급하면, 양극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질막을 지나 음극으로 이동한 후 음극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때 음극에서 생성된 전자가 양극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다.
SOFC의 작동 온도는 양극 소재에 많은 영향을 받기 때문에, SOFC의 성능을 향상시키기 위해서는 내구성이 강한 양극 소재의 개발이 필요하다.
한국 특허공개공보 제2012-0110787호
본 출원은 고체 산화물 연료전지용 양극 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 출원의 일 실시상태는,
공기 유입부(Air inlet)와 접하는 제1 양극 영역; 및
공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역을 포함하며,
상기 제1 양극 영역과 제2 양극 영역은 서로 다른 무기 산화물을 포함하는 것인 고체 산화물 연료전지용 양극을 제공한다.
또한, 본 출원의 다른 실시상태는,
상기 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 구비되는 전해질층을 포함하는 고체 산화물 연료전지를 제공한다.
또한, 본 출원의 다른 실시상태는,
기재의 공기 유입부(Air inlet)와 접하는 일부 영역 상에 무기 산화물을 포함하는 제1 조성물을 코팅하여 제1 양극 영역을 형성하는 단계; 및
상기 기재의 상기 제1 양극 영역을 제외한 나머지 영역 상에 상기 제1 조성물의 무기 산화물과 상이한 무기 산화물을 포함하는 제2 조성물을 코팅하여 공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역을 형성하는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법을 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 고체 산화물 연료전지용 양극은 공기 유입부 주변의 CO2 오염 및 공기 배출부 주변의 Cr 오염을 방지함으로써 장기간 구동 시에도 내구성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시상태에 따른 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 고체 산화물형 연료전지의 전기 발생 원리를 개략적으로 나타낸 도이다.
이하, 본 출원의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 출원의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 출원의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 출원의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 출원을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
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.
고체 산화물 연료전지용 양극의 재료로 흔히 사용되는 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF)는 공기 유입구에서 유입되는 공기에 포함되어 있는 CO2에 오염될 경우 SrCO3를 생성시키고, 공기 배출구에서 분리판 내부에서 확산되어 나오는 Cr에 오염될 경우 SrCrO4를 생성시키는 문제점이 있다. 생성된 SrCO3 및 SrCrO4는 비활성 물질로서 활성점을 막아 산소의 환원 능력을 저하시키는 작용을 하며, 본래 양극 소재와 다른 이차상이 생성되도록 함으로써 연료전지의 성능과 내구성에 악영향을 미친다.
이를 해결하기 위하여, CO2 또는 Cr 오염에 강한 소재들이 개발되고 있으나, CO2 및 Cr에 동시에 내구성을 갖는 물질은 찾아보기 힘든 실정이다.
이에, 본 발명의 발명자들은 일부 영역은 CO2 오염을 방지할 수 있는 소재들로, 다른 일부 영역은 Cr 오염을 방지할 수 있는 소재들로 양극을 구성함으로써, CO2 및 Cr에 동시에 내구성을 갖는 고체 산화물 연료전지용 양극을 개발하였다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 고체 산화물 연료전지용 양극은 공기 유입부(Air inlet)와 접하는 제1 양극 영역; 및 공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역을 포함하며, 상기 제1 양극 영역과 제2 양극 영역은 서로 다른 무기 산화물을 포함한다.
도 1의 (f)에 도시한 것과 같이, 상기 제1 양극 영역은 공기 유입부와 접하되, 공기 배출부와는 접하지 않으며, 상기 제2 양극 영역은 공기 배출부와 접하되, 공기 유입부와는 접하지 않도록 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 양극 영역은 LN(Lanthanum Nickel oxide) 및 BSCF(Barium Strontium cobalt ferrite)의 복합체(이하, LN/BSCF); PBCC(PrBaCaCoO); 및 LN 및 PBSCF(PrBaSrCoFeO)의 복합체 중 선택된 1종 이상을 포함한다. 제1 양극 영역은 공기 유입부와 접하고 있기 때문에 CO2로 인한 오염이 발생하기 쉽다. 상기 LN/BSCF는 LN 소재가 BSCF의 표면에 코팅되어 있어 이차상을 형성하는 Sr이 CO2와 반응하지 못하기 때문에, 제1 양극 영역에 포함될 때 CO2로 인한 오염을 방지하는 효과가 뛰어나다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 양극 영역은 LNF(Lanthanum Nickel ferrite), LBCF(Lanthanum Barium cobalt ferrite) 및 NN(NdNiO) 중 선택된 1종 이상을 포함한다. 제2 양극 영역은 공기 배출부와 접하고 있기 때문에 Cr로 인한 오염이 발생하기 쉽다. 상기 LNF, LBCF 및 NN은 Cr과 반응하여 이차상을 형성하는 Sr을 포함하지 않기 때문에, 제2 양극 영역에 포함될 때 Cr로 인한 오염을 방지하는 효과가 뛰어나다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 양극 영역은 LN 및 BSCF의 복합체를 포함하고, 상기 제2 양극 영역은 LBCF를 포함한다. 전술한 바와 같이, LN 코팅이 제1 양극 영역의 안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 두 양극 영역의 주 재료인 LBCF와 BSCF 구성 물질 차이가 크지 않기 때문에, 열팽창계수(TCE)의 차이가 적어 고온/저온의 cycle 시 팽창 비율 차이에 의한 셀의 손상을 방지할 수 있다.
또한, LBCF 및 BSCF의 팽창계수는 전해질층 재료와 셀을 만들기에 가장 적합한 범위에 포함되므로, 양극과 전해질층 간의 박리(delamination)를 방지할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극은 제1 양극 영역 및 제2 양극 영역으로 이루어지며, 상기 제1 양극 영역 및 제2 양극 영역의 면적비는 2:1 내지 1:2, 바람직하게는 1.5:1 내지 1:1.5, 더욱 바람직하게는 1:1이다.
면적비가 상기 범위 내에 포함되지 않을 경우, 제1 양극 영역 및 제2 양극 영역 중 어느 하나가 지나치게 넓은 면적을 차지하기 때문에 CO2 및 Cr 중 어느 하나에 대한 내구성이 충분히 확보되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 상기 범위 내로 포함될 경우, CO2 및 Cr 모두에 대한 내구성을 충분히 확보할 수 있다.
상기 면적은 연료전지를 구성하는 다른 층, 예컨대 전해질층과 맞닿은 면의 면적을 의미한다. 구체적으로, 상기 제1 양극 영역의 면적은 도 1의 (f)에서 A와 B의 곱으로 계산되는 수치이며, 상기 제2 양극 영역의 면적은 A'와 B'의 곱으로 계산되는 수치이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 양극 영역과 제2 양극 영역의 두께는 동일하다. 여기서 두께란 연료전지를 구성하는 각 층이 적층되는 방향으로의 너비(예컨대, 도 1의 (f)에서 T)를 의미한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극의 두께는 20㎛ 내지 100㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 20㎛ 내지 50㎛이다.
양극의 두께가 20㎛ 미만일 경우, 산소를 환원시키는 활성점이 적은 단점이 있으며, 100㎛을 초과할 경우, 환원된 산소 이온의 이동 거리가 증가하는 문제점이 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 고체 산화물 연료전지는 전술한 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 구비되는 전해질층을 포함한다. 상기 고체 산화물 연료전지는 전술한 고체 산화물 연료전지용 양극을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술 분야에 알려진 재료 및 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
도 2는 고체 산화물형 연료전지의 전기 발생 원리를 개략적으로 도시한 것으로, 고체 산화물형 연료전지는 전해질층(Electrolyte)과 이 전해질층의 양면에 형성되는 양극(공기극, Air Electrode) 및 음극(연료극, Fuel Electrode)으로 구성된다. 공기극(양극)에서 공기가 전기화학적으로 환원되면서 산소이온이 생성되고 생성된 산소이온은 전해질층을 통해 연료극(음극)으로 전달된다. 연료극(음극)에서는 수소, 메탄올, 부탄 등과 같은 연료가 주입되고 연료가 산소이온과 결합하여 전기화학적으로 산화되면서 전자를 내어놓고 물을 생성한다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극(연료극)은 산소이온 전도성을 갖는 무기물을 포함할 수 있다. 상기 무기물은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ: (Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 및 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 중 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극(연료극)의 두께는 10㎛ 내지 1,000㎛, 바람직하게는 100㎛ 내지 800㎛일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극(연료극)의 기공율은 10% 내지 50%, 바람직하게는 10% 내지 30%일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극(연료극)의 기공의 직경은 0.1㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는, 0.5㎛ 내지 5㎛, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 내지 2㎛일 수 있다.
상기 음극(연료극)의 제조방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 음극용 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 소성하거나, 음극용 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 음극용 그린시트를 제조하고, 1 이상의 음극용 그린시트 단독 또는 이웃한 층의 그린시트와 함께 소성하여 음극을 제조할 수 있다.
상기 음극용 그린시트의 두께는 10㎛ 내지 500㎛ 일 수 있다.
상기 음극용 슬러리는 산소 이온 전도성을 갖는 무기물 입자를 포함하며, 필요에 따라 상기 음극용 슬러리는 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.
상기 음극용 슬러리의 총 중량을 기준으로, 상기 산소 이온 전도성을 갖는 무기물 입자의 함량은 10 중량% 내지 30 중량%이며, 용매의 함량이 10 중량% 내지 30 중량%이고, 분산제의 함량이 5 중량% 내지 10 중량%이고, 가소제의 함량이 0.5 중량% 내지 3 중량%이고, 바인더의 함량이 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다.
상기 음극용 슬러리는 NiO를 더 포함할 수 있다. 상기 음극용 슬러리의 총중량을 기준으로, 상기 NiO의 함량은 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다.
상기 음극은 별도의 다공성 세라믹 지지체 또는 다공성 금속 지지체 상에 구비되거나, 음극 지지체와 음극 기능층을 포함할 수 있다. 이 때, 음극 지지체는 음극 기능층과 동일한 무기물을 포함하되 음극 기능층보다 기공율이 높고 상대적으로 두께가 두꺼워 다른 층을 지지하는 층이며, 상기 음극 기능층은 상기 음극 지지체와 전해질층 사이에 구비되어 실제 음극으로서의 주된 역할을 주행하는 층일 수 있다.
상기 음극이 다공성 세라믹 지지체 또는 다공성 금속 지지체 상에 구비되는 경우, 제조된 음극용 그린시트를 소성된 다공성 세라믹 지지체 또는 다공성 금속 지지체 상에 라미네이트한 후 이를 소성하여 음극을 제조할 수 있다.
상기 음극이 음극 지지체와 음극 기능층을 포함하는 경우, 제조된 음극 기능층용 그린시트를 소성된 음극 지지체 상에 라미네이트한 후 이를 소성하여 음극을 제조할 수 있다.
상기 음극이 음극 지지체와 음극 기능층을 포함하는 경우, 상기 음극 지지체의 두께는 350㎛ 내지 1,000㎛ 일 수 있으며, 음극 기능층의 두께는 5㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층은 산소 이온 전도성 무기물을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 산화 지르코늄계, 산화 세륨계, 산화 란탄계, 산화 티타늄계 및 산화 비스무스계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 복합 금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전해질층의 산소 이온 전도성 무기물은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ: (Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 및 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4) 중 적어도 하나일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층의 두께는 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
상기 전해질층의 제조방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 전해질층용 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 소성하거나, 전해질층용 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 전해질층용 그린시트를 제조하고, 전해질층용 그린시트 단독 또는 이웃한 층의 그린시트와 함께 소성되어 전해질층을 제조할 수 있다.
상기 전해질층용 그린시트의 두께는 10㎛ 내지 100㎛ 일 수 있다.
상기 전해질층용 슬러리는 산소 이온 전도성을 갖는 무기물 입자를 포함하며, 필요에 따라 상기 전해질층용 슬러리는 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지, 가소제, 분산제 및 용매는 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.
상기 전해질층용 슬러리의 총중량을 기준으로, 상기 산소 이온 전도성을 갖는 무기물 입자의 함량은 40 중량% 내지 70 중량%일 수 있다.
상기 전해질층용 슬러리의 총중량을 기준으로, 용매의 함량이 10 중량% 내지 30 중량%이고, 분산제의 함량이 5 중량% 내지 10 중량%이고, 가소제의 함량이 0.5 중량% 내지 3 중량%이고, 바인더의 함량이 10 중량% 내지 30 중량% 일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 그린시트는 완전한 최종 제품이 아닌 다음 단계에서 가공을 할 수 있는 상태의 필름 형태의 막을 의미한다. 다시 말하면, 상기 그린시트는 무기물 입자 및 용매를 포함하는 코팅 조성물로 도포하여 시트형으로 건조시킨 것이며, 상기 그린시트는 약간의 용매를 포함하면서 시트형태를 유지할 수 있는 반건조 상태의 시트를 말한다.
상기 연료전지의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법은 기재의 공기 유입부(Air inlet)와 접하는 일부 영역 상에 무기 산화물을 포함하는 제1 조성물을 코팅하여 제1 양극 영역을 형성하는 단계; 및
상기 기재의 상기 제1 양극 영역을 제외한 나머지 영역 상에 상기 제1 조성물의 무기 산화물과 상이한 무기 산화물을 포함하는 제2 조성물을 코팅하여 공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 양극 영역을 형성하는 단계 및 제2 양극 영역을 형성하는 단계는 각각 마스킹 테이프를 이용하는 것이다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 상기 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법은 기재(100)의 공기 배출부와 접하는 일부 영역 상에 제1 마스크(201)를 형성하는 단계(a);
상기 제1 마스크가 형성된 기재 상에 무기 산화물을 포함하는 제1 조성물을 코팅하여 공기 유입부(Air inlet)와 접하는 제1 양극 영역(101)을 형성하는 단계(b);
상기 제1 마스크(201)를 제거하는 단계(c);
상기 제1 양극 영역(101) 상에 제2 마스크(202)를 형성하는 단계(d);
상기 제2 마스크가 형성된 기재 상에 상기 제1 조성물의 무기 산화물과 상이한 무기 산화물을 포함하는 제2 조성물을 코팅하여 공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역(102)을 형성하는 단계(e); 및
상기 제2 마스크(202)를 제거하는 단계(f)를 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 기재는 전해질층 또는 적어도 일 측면에 기능층을 포함하는 전해질층일 수 있다. 상기 기능층은 전해질층과 전극 사이의 반응을 방지하기 위한 것으로, 전해질층의 적어도 일 측면에 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 마스크는 제1 양극 영역 형성시 제2 양극 영역에 제1 조성물(제1 양극 형성용 조성물)이 코팅되는 것을 방지하기 위한 것으로, 추후 제2 양극 영역에 해당하는 영역에 형성된다. 즉, 상기 '공기 배출부와 접하는 일부 영역'은 제2 양극 영역이 형성되는 영역을 의미한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 마스크를 형성하는 단계는 마스킹 테이프를 부착하는 방법으로 수행된다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 양극 영역을 형성하는 단계는 무기 산화물을 포함하는 제1 조성물을 기재 상에 스크린 프린팅하는 방법으로 수행될 수 있다. 스크린 프린팅은 상온에서 이루어지며, 다른 코팅 방법, 예컨대 분모 코팅법, 전기 증착법에 비해 공정이 간단하고 균일한 코팅이 가능하다는 장점이 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 조성물 중 무기 산화물의 함량은 상기 제1 조성물 100wt%를 기준으로 40wt% 내지 70wt%, 바람직하게는 50wt% 내지 60wt%, 더욱 바람직하게는 55wt% 내지 60wt%이다.
무기 산화물의 함량이 상기 범위에 있을 때 조성물의 적절한 점도가 확보되어 균일한 프린팅이 가능해진다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 조성물에 포함된 무기 산화물은 LN(Lanthanum Nickel oxide) 및 BSCF(Barium Strontium cobalt ferrite)의 복합체; PBCC(PrBaCaCoO); 및 LN 및 PBSCF(PrBaSrCoFeO)의 복합체 중 선택된 1종 이상이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 조성물은 용매로서 이소프로필 알코올 및 알파 터피네올(alpha terpineol) 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 바인더로서 ESL441을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 조성물 중 상기 무기 산화물 및 바인더를 제외한 잔부는 모두 용매이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 마스크을 제거하는 단계는 부착된 마스킹 테이프를 제거하여 수행될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 마스크은 제2 양극 영역 형성시 제1 양극 영역에 제2 조성물(제2 양극 형성용 조성물)이 코팅되는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 제1 양극 영역과 일치하도록 형성된다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 마스크를 형성하는 단계는 기재가 아닌, 제1 양극 영역 상에 형성하는 것을 제외하고는 상기 제1 마스크를 형성하는 단계와 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제2 양극 영역을 형성하는 단계는 상기 제1 조성물의 무기 산화물과 상이한 무기 산화물을 포함하는 제2 조성물을 기재 상에 스크린 프린팅하는 방법으로 수행될 수 있다. 스크린 프린팅은 상기 제1 양극 영역을 형성하는 단계와 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 조성물 중 무기 산화물의 함량은 상기 제2 조성물 100wt%를 기준으로 40wt% 내지 70wt%, 바람직하게는 50wt% 내지 60wt%, 더욱 바람직하게는 55wt% 내지 60wt%이다.
무기 산화물의 함량이 상기 범위에 있을 때 조성물의 적절한 점도가 확보되어 균일한 프린팅이 가능해진다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 조성물에 포함된 무기 산화물은 LNF(Lanthanum Nickel ferrite), LBCF(Lanthanum Barium cobalt ferrite) 및 NN(NdNiO) 중 선택된 1종 이상이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 조성물은 용매로서 이소프로필 알코올 및 알파 터피네올(alpha terpineol) 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 바인더로서 ESL441을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 조성물 중 상기 무기 산화물 및 바인더를 제외한 잔부는 모두 용매이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 조성물은 LN 및 BSCF의 복합체를 포함하고, 상기 제2 조성물은 LBCF를 포함한다. 전술한 바와 같이, 이들 조합은 셀의 손상을 방지하며, 양극과 전해질층 간의 박리를 방지하는 효과가 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 마스크를 제거하는 단계는 상기 제1 마스크를 제거하는 단계와 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법은 900℃ 내지 1,100℃에서 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
100: 기재
101: 제1 양극 영역
102: 제2 양극 영역
201: 제1 마스크
202: 제2 마스크

Claims (15)

  1. 공기 유입부(Air inlet)와 접하는 제1 양극 영역; 및
    공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역을 포함하며,
    상기 제1 양극 영역은 LN(Lanthanum Nickel oxide) 및 BSCF(Barium Strontium cobalt ferrite)의 복합체를 포함하고, 상기 제2 양극 영역은 LBCF(Lanthanum Barium cobalt ferrite)를 포함하는 것인 고체 산화물 연료전지용 양극.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 양극 영역 및 제2 양극 영역의 면적비는 2:1 내지 1:2인 것인 고체 산화물 연료전지용 양극.
  6. 청구항 1에 있어서,
    두께가 20㎛ 내지 100㎛인 고체 산화물 연료전지용 양극.
  7. 청구항 1, 5 및 6 중 어느 한 항에 따른 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 구비되는 전해질층을 포함하는 고체 산화물 연료전지.
  8. 기재의 공기 유입부(Air inlet)와 접하는 일부 영역 상에 LN(Lanthanum Nickel oxide) 및 BSCF(Barium Strontium cobalt ferrite)의 복합체를 포함하는 제1 조성물을 코팅하여 제1 양극 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 기재의 상기 제1 양극 영역을 제외한 나머지 영역 상에 LBCF(Lanthanum Barium cobalt ferrite)를 포함하는 제2 조성물을 코팅하여 공기 배출부(Air outlet)와 접하는 제2 양극 영역을 형성하는 단계를 포함하는 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 양극 영역을 형성하는 단계 및 제2 양극 영역을 형성하는 단계는 각각 마스킹 테이프를 이용하는 것인 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 조성물 및 제2 조성물의 코팅은 스크린 프린팅을 통해 수행되는 것인 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 조성물 중 무기 산화물의 함량은 상기 제1 조성물 100wt%를 기준으로 40wt% 내지 70wt%인 것인 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 조성물 중 무기 산화물의 함량은 상기 제2 조성물 100wt%를 기준으로 40wt% 내지 70wt%인 것인 고체 산화물 연료전지용 양극의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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