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광소결 및 용액침투법을 이용한 중온형 고체산화물 연료전지용 Lanthanum Nickelate-GDC 혼합 양극층 제작
박정흠(J. H. Park),이호재(H. J. Lee),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
전해질과 전극 물질로서 산화물 물질을 사용하는 고체산화물연료전지(SOFC)는 고체 산화물 물질에서의 물질 이동과 반응성을 위해 높은 작동온도를 필요로 한다. 800℃ 이상의 높은 작동 온도에서는 높은 성능을 얻을 수 있지만, 전해질 및 전극 물질의 열화, 그리고 물질 계면에서의 화학 반응으로 인해 장기 구동 시 안정성이 떨어지게 된다. 반면에, 550-750℃의 중저온 작동온도에서 산소 이온의 전도도 및 반응속도가 낮아짐에 따라 연료전지의 성능이 감소하게 된다. 따라서, 작동온도에서 고체산화물 연료전지의 성능을 향상 시키기 위한 방법 GDC 전해질 층에 Lanthanum Nickelate (LNO) 용액 침투법을 적용하여 전극/전해질 복합층을 제작하여 기존의 문제점들을 해결하고자 한다. 추가적으로 종래의 열소결 공정을 수초만에 완료 할 수 있는 IPL 소결 공정으로 대체 하여 고체 산화물의 중 저온 구동 시, 반응 면적 증가로 인한 성능 증가와 수십 시간 소요 되던 열소결 공정에서 기인 할 수 있는 양극 물질의 입자 성장으로 인한 성능 감소 문제를 IPL 소결법으로 대체하여 해결 하고자 한다. 침투된 용액과 전해질 물질의 복합층의 미세구조는 전자 주사 현미경(FE-SEM), LNO 용액의 결정성은 X-선 회절법(XRD)을 이용하여 분석진행하며, 제작된 고체 산화물 연료전지 단위 셀은 750℃ 온도에서의 성능 및 EIS 분석을 진행한다. 이와 같은 연구를 통해 중온에서 성능 향상을 이끌어 낼 수 있으며, 종래의 열소결 대체를 통해 고체산화물 연료전지의 상업화에 기여 하고자 한다.