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지지체식 전기화학셀의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전기화학셀

  • 기술번호 : KST2019008171
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 고체산화물을 이용한 분리막을 포함하여 전기화학셀로서 전해셀, 연료전지 등의 분야 이용될 시 전기화학셀의 구조와 작동조건에 따라 공기 중이 아닌 환원 또는 불활성가스 분위기에서의 열처리로 전기화학셀 또는 장치가 제작될 시에 공기극 또는 이의 준비 단계에서의 열처리 방법에 관한 것이다. 통상의 세라믹스만으로 이루어진 전기화학셀의 경우 단전지 제작시 공기극 형성 과정에서 기존의 전해질 위에 성능향상을 위해 여러층의 공기극으로 구성되고 이를 위해 각 단계에서 개별로나 또는 동시열처리 방법으로 750℃ 이상의 고온 열처리를 수행하는 방법으로 제조된다. 하지만 금속지지체가 쓰이거나 혹은 금속을 포함한 전극(연료극)(써메트형 전극 포함)이 포함되어서 제조과정 중에나 혹은 이후의 사용시 정상작동을 위해 환원 또는 불활성의 가스로 열처리를 할 경우에, 최종 공기극 층 제조시 앞서 포함된 금속지지체 또는 금속이 포함된 연료극(전극)의 산화 문제로 인하여, 공기중에서 원활한 열처리를 수행할 수 없었다. 여기에 종래 기술을 적용하여 공기극 층들을 공기중 고온에서 열처리하여 접합하거나 부착할시에 금속지지체 또는 금속성분이 포함된 전극의 급격한 산화부식이 발생하며, 반대로 이러한 열처리를 환원분위기에서 수행할 경우에 공기극 층의 상변화 또는 비전도성 제 2상의 생성으로 인하여 공기극 전극활성과 전도도가 크게 감소하게 되면서 전기화학셀의 성능이 매우 감소하는 단점이 있었다. 따라서 전극(연료극) 또는 지지체에서 금속(혹은 NiO와 같은 금속전구체 포함)부분이 포함된 경우에는 종래까지는 금속의 산화를 억제하기 위해서 다층구조의 공기극이라 하더라도 각각의 층을 형성하고, 오븐에서만 건조하거나 750℃ 이하의 낮은 온도에서 열처리하는 방식(일명 비열처리식 또는 In-situ 방식이라함)으로 공기극을 제조하게 되는데 이럴 경우 열처리 온도가 너무 낮아 공기극의 부착력이 약하여 운전중에 공기극이 박리되거나 형태가 변형되어 제대로 된 출력성능과 장기성능을 발휘할 수 없었다. 특히 열처리 온도가 낮으면 공기극 및 촉매 전극의 입자가 충분히 성장하지 못하여 분극저항 특성이 나쁘거나 촉매 활성이 떨어져 공기극의 성능저하가 유발되어 전체 전기화학셀 및 분리막특성이 매우 좋지 않았다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 환원된 전극(연료극) 또는 금속지지체가 포함되었거나 혹은 전극이나 셀 자체 또는 지지체의 산화를 방지하면서도 전기화학장치(셀)을 상대적으로 높은 온도(운전온도 이상)에서 열처리하는 방법을 고안하여 금속의 산화부식이나 잔류응력에 의한 전기화학셀의 균열(crack) 생성을 방지하면서도 공기극을 높은 온도로 열처리할 수 있는 방법을 제공하여 전체적으로 전기화학셀 또는 분리막의 성능을 극대화할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 방법에 의하면, 세라믹 재료와 금속재료로 구성되는 전기화학장치에 있어서 공기극을 프린팅하여 결합시 고온에서 열처리공정을 수행함으로써 전기화학셀의 성능(출력)을 극대화 할 수 있고 이러한 열처리에 의해서 장기운전시의 열적 퇴화를 방지할 수 있으며, 장기 성능 안정성을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.
Int. CL H01M 8/124 (2016.01.01) H01M 8/1213 (2016.01.01) H01M 8/2425 (2016.01.01) C25B 13/04 (2006.01.01) C25B 9/18 (2006.01.01)
CPC H01M 8/124(2013.01) H01M 8/124(2013.01) H01M 8/124(2013.01) H01M 8/124(2013.01) H01M 8/124(2013.01) H01M 8/124(2013.01) H01M 8/124(2013.01) H01M 8/124(2013.01)
출원번호/일자 1020130107313 (2013.09.06)
출원인 한국전력공사
등록번호/일자 10-2154634-0000 (2020.09.04)
공개번호/일자 10-2015-0028545 (2015.03.16) 문서열기
공고번호/일자 (20200910) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2018.07.02)
심사청구항수 12

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국전력공사 대한민국 전라남도 나주시

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 유영성 대한민국 대전 유성구
2 최미화 대한민국 대전 유성구
3 김의현 대한민국 대전 유성구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 박장원 대한민국 서울특별시 강남구 강남대로 ***, *층~*층 (논현동, 비너스빌딩)(박장원특허법률사무소)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국전력공사 전라남도 나주시
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application
2013.09.06 수리 (Accepted) 1-1-2013-0818009-60
2 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2014.12.16 수리 (Accepted) 4-1-2014-5153448-46
3 [대리인선임]대리인(대표자)에 관한 신고서
[Appointment of Agent] Report on Agent (Representative)
2018.07.02 수리 (Accepted) 1-1-2018-0650302-21
4 [심사청구]심사청구(우선심사신청)서
[Request for Examination] Request for Examination (Request for Preferential Examination)
2018.07.02 수리 (Accepted) 1-1-2018-0650311-32
5 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search
2019.01.21 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
6 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search
2019.03.13 수리 (Accepted) 9-1-2019-0011460-59
7 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2019.07.09 수리 (Accepted) 4-1-2019-5136129-26
8 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2019.07.10 수리 (Accepted) 4-1-2019-5136893-80
9 의견제출통지서
Notification of reason for refusal
2019.11.28 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2019-0863187-87
10 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)
2020.01.28 수리 (Accepted) 1-1-2020-0090282-74
11 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2020.01.28 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2020-0090287-02
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information
2020.03.27 수리 (Accepted) 4-1-2020-5072225-46
13 의견제출통지서
Notification of reason for refusal
2020.05.26 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2020-0362061-95
14 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견서·답변서·소명서
2020.07.21 수리 (Accepted) 1-1-2020-0761479-11
15 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2020.07.21 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2020-0761490-14
16 등록결정서
Decision to grant
2020.08.31 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2020-0596819-62
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
지지체 및 전해질을 포함하는 전해질 코팅체를 불활성 기체와 수소 또는 메탄 가스를 함유하는 가스 분위기에서 열처리하는 단계; 및상기 전해질 코팅체의 전해질 상면에 공기극을 형성하고 불활성 기체를 함유하는 가스 분위기에서 열처리하는 단계; 를 포함하고,상기 불활성 기체가 수소 또는 메탄 가스 대비 0
2 2
제1항에 있어서, 상기 불활성 기체는 알곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 네온(Ne), 이산화탄소(CO2), 및 일산화탄소(CO)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 지지체식 전기화학셀의 제조방법
3 3
삭제
4 4
삭제
5 5
제1항에 있어서, 상기 전해질 코팅체 제조시 열처리 온도는 700~1600℃인 지지체식 전기화학셀의 제조방법
6 6
제1항에 있어서, 상기 공기극 열처리 온도는 300~1500℃인 지지체식 전기화학셀의 제조방법
7 7
제1항에 있어서, 상기 전해질 코팅체는 전해질과 지지체 사이에 중간지지체를 형성한 지지체식 전기화학셀의 제조방법
8 8
제1항에 있어서, 상기 공기극은 공기극 버퍼층, 제1 공기극층 및 제2 공기극층을 포함하는 지지체식 전기화학셀의 제조방법
9 9
제8항에 있어서, 상기 공기극 버퍼층은 희토류 금속이 한가지 이상 도핑된 CeO2를 사용하여 형성되고, 도핑양은 1 ~ 99몰%인 지지체식 전기화학셀의 제조방법
10 10
제8항에 있어서, 상기 제1 공기극은 A site에는 La, Y, Sc, Pr, Nd, Sm, Gd 중 하나 이상의 희토류 금속이 사용되고, 0~100 mol %의 Ca, Mg, Ba, Sr 중 하나 이상의 알칼리토금속이 도핑되며, B site에는 Co, Mn, Ni, Cu, Fe, Cr 중 하나 이상의 전이금속에 0~50 mol %의 다르거나 동일한 전이금속이 도핑되어 만들어지는 ABO3의 페로브스카이트화합물과, 전해질로서 Y2O3, CaO, MgO, Sc2O3, Sm2O3, Gd2O3, Al2O3, Yb2O3, Nb2O3, Nd2O3, 중 하나 혹은 그 이상이 포함된 ZrO2, CeO2, HfO2, Bi2O3, 바륨·스트론튬 세레이트 화합물, 란탄스트론티움 갈륨마그네시아계 산화물 중 하나 이상의 산소이온전도체를 0~100 mol % 혼합하여 제조되는 ABO3 페로브스카이트-전해질 복합체 구조인 지지체식 전기화학셀의 제조방법
11 11
제8항에 있어서, 상기 제2 공기극은 A site에는 La, Y, Sc, Pr, Nd, Sm, Gd 중 하나 이상의 희토류 금속이 사용되고, 0~100 mol %의 Ca, Mg, Ba, Sr 중 하나 이상의 알칼리토 금속이 도핑되며, B site에는 Co, Mn, Ni, Cu, Fe, Cr 중 하나 이상의 전이금속에 0~50 mol %의 다르거나 동일한 전이금속이 도핑되어 만들어지는 ABO3의 페로브스카이트화합물 구조인 지지체식 전기화학셀의 제조방법
12 12
제1항에 있어서, 상기 지지체는 금속, 세라믹 또는 써멧으로 형성된 지지체식 전기화학셀의 제조방법
13 13
제1항,제2항 및 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 지지체식 전기화학셀
14 14
연료전지, 전해셀 또는 산소분리모듈로 사용하기 위한 제13항의 전기화학셀
15 15
삭제
지정국 정보가 없습니다
패밀리정보가 없습니다
국가 R&D 정보가 없습니다.