저온형 고체산화물 연료전지의 제조 및 평가 = Preparation and Characterization of Soild Oxide Fuel cell for Temperature Operation

국문 초록 (Abstract)

Ⅰ. 제목 : 저온형 고체산화물 연료전지의 제조 및 평가
Ⅱ. 연구의 목표와 내용
Doped ceria계 전해질은 600~800℃에서도 1000℃에서의 YSZ 전해질과 비슷한 이온전도특성을 나타내기 때문에 저온형 SOFC의 전해질로 적합하다. SOFC의 작동온도를 낮추는 것은 고가의 분리판이나 전지몸체를 금속계 재료로 대체가 가능하게 되어 제조 단가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 SOFC에서 특히 문제가 되고 있는 gas sealing 문제도 쉽게 해결할 수 있는 등 여러 가지 장점이 있다. SOFC가 장시간 안정적으로 작동되기 위해서는 경제성 있는 구성부품의 개발, 전해질 자체의 저항과 접촉 저항을 최소화하기 위한 제조기법, 음극 또는 양극과 전해질 사이의 계면면적 극대화, 전해질의 열팽창계수와 유사한 값을 갖는 구성 부품 및 가스 누출 방지를 위한 sealing재의 개발 등이 요구된다 이를 위해서는 전해질의 경우 사용 가스의 직접통과(crossover)를 방지하기 위한 소결성 향상과 전해질의 Ohm 저항을 낮추기 위한 박막화가 필요하며, 전극은 적정한 기공크기·기공율 및 기공분포와 우수한 촉매특성을 가져야 한다. 또한 연료극의 우수한 creep 특성, 전해질과 전극 또는 전극과 연결재(interconnector)와의 양호한 접착성, 산화·환원 분위기에서의 안정성과 작동온도에서 각 계면에서의 상안정성등도 요구된다. 따라서 ceria전해질을 사용하여 600~800℃의 저온에서 장시간 안정적으로 작동할 수 있는 SOFC를 개발하기 위한 기본 구성요소에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 이와 같은 저온형 SOFC를 개발하기 위하여 3개의 세부과제로 나누어 제 1 세부과제에서는 (Lasr)MnO_3 페로브스카이트형 산화물을 수십nm의 크기의 분말을 얻을 수 있는 구연산법에 의하여 합성하였으며, Gd-doped ceria 전해질과 (Lasr) MnO_3 페로브스카이트형 산화물의 계면특성을 합성시의 조건에 따른 초산법으로 합성한 Gd-doped ceria가 고체산화물연료전지의 전해질로서 갖추어야 할 특성중 반응가스의 cross-over를 방지하기 위한 소결밀도를 높이는 방법에 대하여 연구하였으며, 제 3 세부과제에서는 플라즈마 용사법으로 Gd- doped ceria전해질을 제조하고 열적·기계적 특성과 전기전도도 등 기본적인 특성을 연구하였다 또한 각 구성요소간의 특성들을 비교 분석하여 연료전지 재료로서 적합한 조건들을 찾아내고, 이 조건하에서 만들어진 구성요소 재료들을 사용하여 단위전지를 제작하여 실제의 작동조건하에서 제반 특성연구를 수행하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 요약문
• 목차
• 제1세부과제: 저온형 고체산화물 연료전지의 전극제조 및 특성평가
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 문헌 연구
• Ⅲ. 실험 방법
• Ⅳ. 실험 결과 및 고찰
• Ⅴ. 결론
• Ⅵ. References
• 제2세부과제: 구연산법에 의한 세리아계 저온형 고체산화물 연료전지의 전해질 제조 및 특성평가
• 1. 서론
• 2. 실험방법
• 2. 실험결과
• 4. 결론
• 5. 참고문헌
• 제3세부과제: 플라즈마 용사법에 의한 ceria계 고체전해질 제조 및 특성평가