일반기술

용융탄산염 연료전지의 연료극 제조방법

일반적으로 용융탄산염 연료전지는, 연료극(anode)으로 연료가스를 공급하고 산소극(cathode)으로 산화제가스를 공급하면 연료극에서 수소와 탄산이온이 반응하여 물과 탄산가스로 변하면서 전자가 발생되며, 산소극에서 탄산가스와 산소가 전자 2개와 반응하여 탄산이온으로 변화된다. 이때 전지전체에서는 수소와 산소가 반응하여 물이 생성되는 반응이다. 탄산염 전해질은 상온에서는 고체였다가 전지의 온도가 490℃가 되면 용융되기 시작하여 액체로 변하며, 전해질은 두전극 사이에 형성된 매트릭스의 미세 기공에 함침되어 연료극 및 산소극에서 발생되는 전기화학 반응에 참가함으로써 이온 전도를 일으키는 역할을 하는 것이다. 이와 같은 전기화학 반응에 의해 직류전력이 얻어지는데, 단위셀의 전압은 정격방전시에 약 0.8V로 낮기 때문에 실제 발전에서는 단위셀을 다수 적층하여 전압을 높이고, 셀 면적을 증가시켜 고출력화를 달성하게 된다. 이때 단위셀을 여러 단으로 적층한 것을 스택이라고 부른다.본 기술은 니켈-크롬 연료극의 제조과정중 소결단계에서 탄소분말을 장입하여 가스 중에 불순물로 포함된 산소 또는 수증기를 제거함으로써, 연료극 크롬의 산화를 방해하여 니켈 입자내로 고용시켜 합금을 이루게 하며, 이로서 연료극의 강도 및 내크립성을 향상시켜 궁극적으로는 연료전지의 수명을 연장할 수 있는 방법이다.본 기술은 2-3㎛의 평균입자크기를 갖는 니켈 분말과 5㎛의 평균입자크기를 갖는 크롬분말을 85wt.% : 15wt.% 내지 95wt.%, 5wt.%의 무게비로 혼합하는 단계와, 혼합물에 용매를 혼합하는 단계, 용매가 포함된 혼합물을 볼밀링하여 니켈-크롬 슬러리를 만드는 단계, 슬러리를 테이프 캐스팅 및 건조하여 그린 시트를 만드는 단계, 연속소결로 내에 탄소 분말을 장입하면서 그린 시트를 900~1100℃ 온도의 환원 분위기로 1~2시간 동안 소결하는 단계를 거치는 용융탄산염 연료전지의 연료극 제조방법인 것이다.이와같은 단계로 거친 용융탄산염 연료전지의 연료극 제조방법은, 니켈-크롬 연료극의 제조과정 중 소결단계에서 탄소분말을 장입하여 가스 중에 불순물로 포함된 산소 또는 수증기를 제거함으로써, 연료극 크롬의 산화를 방해하여 대분분의 크롬이 니켈 입자내로 고용되어 합금을 이루며, 이로서 연료극의 강도 및 내크립성이 향상되고, 궁극적으로는 연료전지의 수명이 연장할 수 있다.