일반기술

니켈-알루미늄 합금의 인-시츄 소결에 의한 응용탄산염 연료전지용 니켈-알루미늄 합금 연료극 및 그 제조 방법

- 니켈-알루미늄 합금 분말로 제작된 시트가 열처리 없이 전지에 직접 장착된 것이고, 상기 전지의 전처리 과정에서 인-시츄로 니켈-알루미늄 합금이 소결된 것을 특징으로 하는 용융탄산염 연료 전지용 니켈-알루미늄 합금 연료극 및 그 제조방법을 제공한다. 용융탄산염 연료전지용 니켈-알루미늄 합금 연료극의 제조시, 반응활성을 그대로 유지하면서도, 추가적인 열처리를 하지 않음에 따라 연료극 제조공정을 단순화할 수 있고, 제조 작업이 간단하며, 경제적이고, 대형화 및 대량 생산이 용이해진다. 종래 기술의 단점 - 용융탄산염 연료전지 연료극의 큰 문제점은 650℃ 고온과 2kgf/cm2 이상의 큰 하중이 걸리는 운전조건에서 장기 운전 시 전극의 소결 및 creep 현상에 의해 기공률 감소 및 수축현상 같은 미세구조 변화로 그 성능이 저하되는 것을 들 수 있으며, 이는 필히 해결해야 하는 문제로 지적되고 있다. 또한 연료극은 제조과정이 복잡하며 외부소성으로 인한 비용증가로 인해 상용화에 걸림돌이 되고 있다. - 예를 들어, 크립 특성을 향상시키기 위하여, 1980년대 중반 이후에는 알루미나를 비롯한 금속산화물을 니켈 전극에 분산시키는 ODS(oxide dispersion strengthened) 방법을 사용하였다. 니켈 보다 우선 산화되는 알루미늄을 소량 함유하는 니켈-알루미늄계 합금 연료극이 집중적으로 연구되어 왔는데, 이러한 합금 전극은 크립 변형율이 0.5% 이하이고, 상업용 전극 크기인 1㎡에서도 접촉 저항 증가가 미미할 정도로 우수한 내 크립 및 소결 특성을 갖고 있다. 그러나 니켈-알루미늄 합금 전극은 기존 재료보다 가격이 높고, 일반적인 전극 제조공정에서 소결되지 않는다는 문제점이 있다. 기술의 우수성 - 소결이 용이하여 저가로도 연료전지용 전극 제조가 가능하므로 경제적이고, 제조 공정이 간단하며, 작업성이 우수하여 대형화 및 대량생산에 유리한 새로운 합금 연료극 및 그 제조 방법이 요구되었다. 기술 요약 - 용융탄산염 연료전지를 운전하기 위한 전처리 조건에서 Ni-Al 합금 전극이 in-situ로 소성되도록 함으로써 불필요한 장비 및 추가적인 제조 공정을 배제하도록한 새로운 제조 공정이다. 국내외 시장 규모 - 국내: 10억원 이상 - 국외: 100만불 이상 사업성 - 미국 FCE 사는 현재 전 세계에 DSC-300이라는 용융탄산염 연료전지를 상용화하여 판매하고 있으며 본 기술은 연료극 부분의 핵심 기술임.