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소결 조제층을 적용하여 제작한 GDC Interlayer 의 부반응 억제 분석
이호재(H. J. Lee),박정흠(J. H. Park),임용현(Y. H. Lim),김선민(S, M. Kim),김영범(Y. B. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
차세대 재생에너지 장치로 각광받고 있는 고체산화물 연료전지는 고효율과 연료유연성 등의 특징을 가지고 있다. 또한, 다른 연료전지보다 높은 온도에서 동작하기 때문에 값비싼 귀금속 대신에 세라믹 소재를 전극으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 세라믹 전극 재료 중 페로브스카이트 기반의 LSCF와 LSC 등이 널리 사용되는데 YSZ 전해질을 함께 소결하면 부반응에 의해 절연체인 SrZr₃ 가 생성된다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 전극과 전해질 사이에 세리아계 물질의 기능층을 도입하는 방법이 활발히 연구되고 있다. 이 기능층은 2 차상의 형성을 억제하기 위해 조밀한 층을 형성해야 하지만, 기존의 전지 제조 공정에서는 구속 소결 조건에서 조밀한 기능층을 제조하기 어려웠다. 본 연구에서는 GDC 층 위에 Bismuth Oxide Sintering Aid Layer 를 적용하여 제한된 소결 조건에서도 조밀한 GDC 기능 층을 제작하였다. 소결이 진행됨에 따라 Bismuth Oxide Sintering Aid Layer 는 Liquid Phase 로 GDC를 소결 시킨 뒤, 최종 소결 온도에서는 Sublimation 되어 제거되었다. 제작된 GDC Interlayer 위에 LSCF 전극을 증착 후 소결하여 부반응이 억제되는 양상을 확인하였으며, SOFC Full Cell 에 제작된 조밀한 GDC 기능층을 적용하여 구조적 및 성능 향상을 확인하였다.