본 연구에서는 수열합성법으로 제조한 65wt% NiO-35wt% YSZ 혼합 나노분말을 이용하여 WO3 또는 Nb2O5를 포함하고 있는 NiO-YSZ 소결체를 제조하였다. 그 후 제조한 소결체를 1,000 ℃와 (94% Ar + 6% H2) 분위기에서 환원하여 SOFC 연료극 재료인 W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets를 제조하였다. 여러 다른 WO3/Nb2O5 함량 및 소결온도(1,300∼1,400 ℃)에서 제조한 NiO-YSZ 소결체의 결정구조와 미세구조를 분석하였고, 또한 W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets의 결정구조, 미세구조, ...
본 연구에서는 수열합성법으로 제조한 65wt% NiO-35wt% YSZ 혼합 나노분말을 이용하여 WO3 또는 Nb2O5를 포함하고 있는 NiO-YSZ 소결체를 제조하였다. 그 후 제조한 소결체를 1,000 ℃와 (94% Ar + 6% H2) 분위기에서 환원하여 SOFC 연료극 재료인 W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets를 제조하였다. 여러 다른 WO3/Nb2O5 함량 및 소결온도(1,300∼1,400 ℃)에서 제조한 NiO-YSZ 소결체의 결정구조와 미세구조를 분석하였고, 또한 W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets의 결정구조, 미세구조, 전기전도도, 열팽창계수, 및 굽힘 강도를 분석하였다. WO3를 첨가하지 않거나 WO3를 적게 첨가한 (0.2 wt% 이하) NiO-YSZ 소결체는 입방정계 결정구조를 가지는 NiO와 YSZ으로 구성되어 있었다. 그러나 WO3 함량이 많을 때(0.3 wt% 이상), NiO와 YSZ이외에 NiWO4가 존재하였다. 또한 Ni-YSZ cermets는 Ni와 YSZ으로 구성되어 있으며, Ni와 YSZ는 각각 면심입방 결정구조와 입방정계 결정구조를 가지고 있었다. 첨가한 WO3는 NiO-YSZ 소결체 및 Ni-YSZ cermets의 결정립을 크게 성장시켰다. 이것은 WO3가 소결촉진제로 작용을 하였기 때문이다. W를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets의 기공도는 WO3를 포함하고 있는 NiO-YSZ 소결체의 기공도보다 훨씬 더 컸다. 이것은 NiO-YSZ 소결체에 있던 NiO 상이 환원처리를 통해 Ni로 변화되면서 산소의 이탈 때문이라고 생각한다. 또한 제조한 모든 Ni-YSZ cermets의 전기전도도는 금속성 거동을 보이고 있으며, 첨가한 W는 전기전도도를 크게 증가시켰다. 0.3 wt%의 WO3를 첨가한 시편을 1,400 ℃에서 소결한 후 환원했을 때 가장 큰 전기전도도(1,000 ℃에서 2,529 S/cm)를 보였다. 1,400 ℃에서 소결한 후 환원했을 때 0, 0.1, 및 0.3 wt%의 WO3을 첨가한 Ni-YSZ cermets의 열팽창계수는 12.4×10-6 K-1-13.8×10-6 K-1 범위에 있었다. 1,350와 1,400 ℃에서 소결한 시편의 굽힘 강도는 WO3의 첨가량이 증가함에 따라 증가하였다. 또한 1,350 ℃에서 소결한 후 환원하여 제조한 Ni-YSZ cermets의 굽힘 강도는 WO3의 함량이 증가함에 따라 증가하였으나, 1,400 ℃에서 소결한 후 환원하여 제조한 Ni-YSZ cermets의 굽힘 강도는 WO3의 함량이 0.1 wt%까지 증가함에 따라 증가하였고, 그 이상의 WO3 함량에서는 감소하였다. Nb2O5가 첨가된 NiO-YSZ 소결체는 제 2상이 없이 NiO와 YSZ으로만 구성되어 있었으며, Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets는 W를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets와 같이 Ni와 YSZ으로 구성되어 있었다. 또한 제조한 모든 시편의 전기전도도는 금속성 거동을 보이고 있으며, 첨가한 Nb2O5는 전기전도도를 크게 증가시켰다. 1,400 ℃에서 소결하고, 환원처리하여 제조한 0.075 wt%의 Nb2O5를 첨가한 Ni-YSZ cermets가 가장 큰 전기전도도(1,000 ℃에서 2,235 S/cm)를 보였다. 1,400 ℃에서 소결한 후 환원했을 때 0, 0.025, 및 0.125 wt%의 Nb2O5를 첨가한 Ni-YSZ cermets의 열팽창계수는 13.7×10-6 K-1-15.7×10-6 K-1 범위에 있었다. 1,350과 1,400 ℃에서 소결한 NiO-YSZ 소결체와 이 소결체를 환원하여 제조한 Ni-YSZ cermets의 굽힘강도는 Nb2O5의 첨가량이 증가함에 따라 증가하였다. 결론적으로, 65wt% NiO-35wt% 혼합 나노분말에 첨가한 WO3 또는 Nb2O5는 Ni-YSZ cermets의 전기전도도와 굽힘 강도를 크게 항상시켰으며, W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets는 연료극의 재료로 활용 가능성이 상당히 클 것으로 생각한다.
본 연구에서는 수열합성법으로 제조한 65wt% NiO-35wt% YSZ 혼합 나노분말을 이용하여 WO3 또는 Nb2O5를 포함하고 있는 NiO-YSZ 소결체를 제조하였다. 그 후 제조한 소결체를 1,000 ℃와 (94% Ar + 6% H2) 분위기에서 환원하여 SOFC 연료극 재료인 W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets를 제조하였다. 여러 다른 WO3/Nb2O5 함량 및 소결온도(1,300∼1,400 ℃)에서 제조한 NiO-YSZ 소결체의 결정구조와 미세구조를 분석하였고, 또한 W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets의 결정구조, 미세구조, 전기전도도, 열팽창계수, 및 굽힘 강도를 분석하였다. WO3를 첨가하지 않거나 WO3를 적게 첨가한 (0.2 wt% 이하) NiO-YSZ 소결체는 입방정계 결정구조를 가지는 NiO와 YSZ으로 구성되어 있었다. 그러나 WO3 함량이 많을 때(0.3 wt% 이상), NiO와 YSZ이외에 NiWO4가 존재하였다. 또한 Ni-YSZ cermets는 Ni와 YSZ으로 구성되어 있으며, Ni와 YSZ는 각각 면심입방 결정구조와 입방정계 결정구조를 가지고 있었다. 첨가한 WO3는 NiO-YSZ 소결체 및 Ni-YSZ cermets의 결정립을 크게 성장시켰다. 이것은 WO3가 소결촉진제로 작용을 하였기 때문이다. W를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets의 기공도는 WO3를 포함하고 있는 NiO-YSZ 소결체의 기공도보다 훨씬 더 컸다. 이것은 NiO-YSZ 소결체에 있던 NiO 상이 환원처리를 통해 Ni로 변화되면서 산소의 이탈 때문이라고 생각한다. 또한 제조한 모든 Ni-YSZ cermets의 전기전도도는 금속성 거동을 보이고 있으며, 첨가한 W는 전기전도도를 크게 증가시켰다. 0.3 wt%의 WO3를 첨가한 시편을 1,400 ℃에서 소결한 후 환원했을 때 가장 큰 전기전도도(1,000 ℃에서 2,529 S/cm)를 보였다. 1,400 ℃에서 소결한 후 환원했을 때 0, 0.1, 및 0.3 wt%의 WO3을 첨가한 Ni-YSZ cermets의 열팽창계수는 12.4×10-6 K-1-13.8×10-6 K-1 범위에 있었다. 1,350와 1,400 ℃에서 소결한 시편의 굽힘 강도는 WO3의 첨가량이 증가함에 따라 증가하였다. 또한 1,350 ℃에서 소결한 후 환원하여 제조한 Ni-YSZ cermets의 굽힘 강도는 WO3의 함량이 증가함에 따라 증가하였으나, 1,400 ℃에서 소결한 후 환원하여 제조한 Ni-YSZ cermets의 굽힘 강도는 WO3의 함량이 0.1 wt%까지 증가함에 따라 증가하였고, 그 이상의 WO3 함량에서는 감소하였다. Nb2O5가 첨가된 NiO-YSZ 소결체는 제 2상이 없이 NiO와 YSZ으로만 구성되어 있었으며, Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets는 W를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets와 같이 Ni와 YSZ으로 구성되어 있었다. 또한 제조한 모든 시편의 전기전도도는 금속성 거동을 보이고 있으며, 첨가한 Nb2O5는 전기전도도를 크게 증가시켰다. 1,400 ℃에서 소결하고, 환원처리하여 제조한 0.075 wt%의 Nb2O5를 첨가한 Ni-YSZ cermets가 가장 큰 전기전도도(1,000 ℃에서 2,235 S/cm)를 보였다. 1,400 ℃에서 소결한 후 환원했을 때 0, 0.025, 및 0.125 wt%의 Nb2O5를 첨가한 Ni-YSZ cermets의 열팽창계수는 13.7×10-6 K-1-15.7×10-6 K-1 범위에 있었다. 1,350과 1,400 ℃에서 소결한 NiO-YSZ 소결체와 이 소결체를 환원하여 제조한 Ni-YSZ cermets의 굽힘강도는 Nb2O5의 첨가량이 증가함에 따라 증가하였다. 결론적으로, 65wt% NiO-35wt% 혼합 나노분말에 첨가한 WO3 또는 Nb2O5는 Ni-YSZ cermets의 전기전도도와 굽힘 강도를 크게 항상시켰으며, W 또는 Nb를 포함하고 있는 Ni-YSZ cermets는 연료극의 재료로 활용 가능성이 상당히 클 것으로 생각한다.
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