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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 박막 전해질로 구성된 연료극 지지형 SOFC 단전지를 저비용 공정이나 박막 테이프 제조가 가능한 립코팅 테이프캐스팅 및 동시소성 기술을 이용하여 제조하고 이를 평가하였다. 박막 전해질 테이프 제조를 위해 슬러리의 분산제 및 유기 첨가제의 최적화 및 점도 제어를 실시하였으며, 연료극 및 공기극의 기공률을 확보하기 위해 기공전구체 함량과 동시 소성 온도를 최적화하였다.
- 9는 본 연구에서 사용한 연료극 및 공기극의 소성 온도 및 조립 YSZ와 미립 YSZ의 비율에 따른 소성 수축률 변화를 고온 현미경을 이용하여 분석한 결과이다. 연료극과 공기극의 조성, 즉 NiO/YSZ의 무게비(56/44) 및 LSM/YSZ의 무게비(50/50)는 고정을 시키고 YSZ의 함량 중 조립과 미립 분말의 비율을 변화시켜 각 온도(1100〜 1400°C)의 순간 수축률을 YSZ 전해질과 비교하여 가장 유사한 소결 거동을 보이는 조건을 찾고자 노력하였다. 그 결과 연료극은 미 립 YSZ(TZ-8Y)와 조립 YSZ(FTY)가무게비로 1:1인 조건에서, 공기극은 3:1인 조건에서 전해질과 순간 수축률 및 최종 수축률 매칭이 가능하였다.
- 이러한 기공 형성을 위해 본 연구에서는 기공 전구체로 카본블랙을 적용하여 원활한 가스의 공급 통로를 만들고자 하였다. Fig.
제안 방법
- 단전지 성능은 자체 제작된 성능 측정 장치를 사용하였으며 분위기 제어를 위해 파이렉스 유리를 사용하여 실링 하였다") 단전지 성능 측정시 집전체로서 연료극에 니켈 부직포(Ni-felt) 및 백금선(Pt wire)를, 공기극에 Pt mesh 및 백금선을 사용하였고, 연료극의 반응기체는 3%의 수분을 함유하는 수소를, 공기극의 반응기체는 공기를 사용하였으며, 유량은 수소/공기=1/2의 비율로 사용하였다. I- V 특성과 단전지 임피던스 특성은 Solatron 1260 frequency analyzer와 Solatron 1287 interface를 이용하여 측정을 하였으며, 임피던스 측정시 주파수는 0.
- I- V 특성과 단전지 임피던스 특성은 Solatron 1260 frequency analyzer와 Solatron 1287 interface를 이용하여 측정을 하였으며, 임피던스 측정시 주파수는 0.1 Hz에서 100 kHz 범위에서, 인가전압은 10 mV의 조건으로 측정하였다.
- 연료극은 카본블랙의 함량이 10 wt% 이상이 되면 기공률이 40% 이상이 되어 연료 공급에 문제가 없을 것으로 생각되지만, 공기극은 같은 조건에서, 소성온도가 낮음에도 불구하고, 27%의 기공률이 얻어졌다. 동시소성 온도가 연료극 소성 온도인 1400°C 보다는 낮고, 공기극 소성 온도인 1200°C 보다는 높을 것이 확실하므로, 공기극의 기공률을 최대로 갖는 조건인 카본블랙 20wt%와 연료극인 경우는 10 wt% 카본블랙 양을 최적 조건으로 결정하고 기공전구체 함량을 고정하였다.
- ⑵ 그러나 이러한 제어는 기본적으로 최소한의 각 온도에서의 순간 수축률이 유사한 경우에만 적용이 되며, 최종 수죽률 및 순간 수죽률이 매우 상이한 경우에는 적용하기 어렵다. 따라서 최종 수축률 妥 순간수축률의 제어가 필요하며 본 연구에서는 연료극 및 공기극의 구성체 중 YSZ 분말의 크기 및 비율 변화를 통해 전해질과 소성 수축률 매칭을 시도하였다.
- 박막 전해질 테이프 제조를 위해 슬러리의 분산제 및 유기 첨가제의 최적화 및 점도 제어를 실시하였으며, 연료극 및 공기극의 기공률을 확보하기 위해 기공전구체 함량과 동시 소성 온도를 최적화하였다. 또한 동시소성의 가장 중요한 요소인 각 구성물질의 구성성분비에 따른 소성 수축률의 평가를 통해 동시소성의 가능성을 판단하고, 이를 통해 무결함 동시 소성 공정을 최적화하였다. 최종적으로 연료극, 전해질, 공기극이 이종 접합된 연료극 지지형 단전지 성형체를 동시 소성하고 전지 성능 및 임피던스를 평가함으로써 테이프 캐스팅 및 동시소성 공정의 단전지 제조 적합성 여부를 고찰하였다.
- Japan)으로 관찰하였다. 또한 적층 후 동시소성한 단 전지 시편의 파단면 역시 SEM으로 관찰하였다. 소성 후기공률은 아르키메데스 방법으로 상온에서 물을 사용하여 측정하였으며, 아르키메데스로 방법과 더불어 단면 연마된 시편의 SEM: 이미지를 화상분석 프로그램을 이용하여 기공률을 즉정하였다.
- 제조하고 이를 평가하였다. 박막 전해질 테이프 제조를 위해 슬러리의 분산제 및 유기 첨가제의 최적화 및 점도 제어를 실시하였으며, 연료극 및 공기극의 기공률을 확보하기 위해 기공전구체 함량과 동시 소성 온도를 최적화하였다. 또한 동시소성의 가장 중요한 요소인 각 구성물질의 구성성분비에 따른 소성 수축률의 평가를 통해 동시소성의 가능성을 판단하고, 이를 통해 무결함 동시 소성 공정을 최적화하였다.
- 또한 적층 후 동시소성한 단 전지 시편의 파단면 역시 SEM으로 관찰하였다. 소성 후기공률은 아르키메데스 방법으로 상온에서 물을 사용하여 측정하였으며, 아르키메데스로 방법과 더불어 단면 연마된 시편의 SEM: 이미지를 화상분석 프로그램을 이용하여 기공률을 즉정하였다.
- 6은 연료극과 공기극의 기공전구체인 카본블랙 함량에 따른 기공률을 아르키메데스 방법으로 측정한 결과이다. 연료극 및 공기극은 각각 일반적인 소성 온도인 1400°C와 1200°C에서 소성한 시편이며, 연료극은 800°C, 수소 분위기에서 환원처리를 하였다. 연료극은 카본블랙의 함량이 10 wt% 이상이 되면 기공률이 40% 이상이 되어 연료 공급에 문제가 없을 것으로 생각되지만, 공기극은 같은 조건에서, 소성온도가 낮음에도 불구하고, 27%의 기공률이 얻어졌다.
- 탈지 후 각 구성체의 소성 수축률 매칭을 위해서 1100〜 1400°C 사이에서 고온현미경 (Heating microscope, Okdu, Korea)를 사용하여 직접 촬영한 이미지를 분석하여 산출하였다. 연료극의 NiO/YSZ 및 공기극의 LSMMYSZ 무게비는 각각 56/44와 50/50으로 고정시킨 후 YSZ 미립/조립 분말 비를 조절하여 YSZ 전해질의 수축률과 비교 평가하였다. 이 때 사용한 시편은 3x3x1 mm의 시편을 각각의 테이프를 따로 적층하여 사용하였으며, X-Y축의 길이를 화상 분석 프로그램 (Image-Pro Plus 4.
- 분석을 실시하였다. 이 때 공기극의 상변화에 주목하기 위해 연료극과 전해질의 두께는 동일하지만 공기극을 일반 단전지보다 두껍게 적층한 (두께 0.5 mm) 시편을 제작하여 상변화를 관찰하였다.
- 연료극의 NiO/YSZ 및 공기극의 LSMMYSZ 무게비는 각각 56/44와 50/50으로 고정시킨 후 YSZ 미립/조립 분말 비를 조절하여 YSZ 전해질의 수축률과 비교 평가하였다. 이 때 사용한 시편은 3x3x1 mm의 시편을 각각의 테이프를 따로 적층하여 사용하였으며, X-Y축의 길이를 화상 분석 프로그램 (Image-Pro Plus 4.5, Media Cybernetics, USA)으로 측정하여 수축률을 산출하였다.
- 제조된 슬러리를 연료극은 40 gm, 전해질은 7)im, 공기극은 20 卩m의 두께로 박막테이프를 제조할 수 있는 립 (Lip) 방식의 테이프 캐스터 (Lip coater, Hirano Tecseed, Japan, 이하 립코팅테이프캐스터)를 이용하여 성형 테이프를 제조하였으며 각각 50장, 1 장, 3장을 적층하고 70°C, 500 kgf, 30분의 조건으로 열간 등압 프레스(Wann laminating system, Nikkiso, Japan)를 이용하여 최종 성형체를 제조하였다. 이 때, 테이프 제조 시 생성될 수 있는 내부 응력을 완화하기 위해, 연료극은 15x15 cm의 크기로 자른 후 정사각형의 네 변 방향 및 윗면과 아래면 두 방향 등 8가지의 테이프의 방향을 고려하여 적층되었다. 즉 8방향이 한 세트로 5번씩 돌아가는 방식(40장)으로 적층을 하였으며, 이로 인해 적층체으 방향성에 관련된 응력을 완화시킬 수 있었다.
- 공기극인 경우 앞에서 언급한 바와 같이 LSM-YSZ의 일반적인 소성 온도가 1200°C 이하이기 때문에 전해질과 수축률을 맞추기 위해서는 조립 YSZ의 함량이 연료극에서보다 높은 함량이 필요하였다. 이렇게 매칭된 연료극, 전해질 및 공기극은 최종적으로 선정된 조성으로 테이프 캐스팅을 통해 테이프로 제작한 후 적층, 탈지 공정을 거쳐 1300〜1400°C에서 동시소성을 실시하였다.
- 적층된 시편은 유기 바인더 및 기공전구체의 완벽한 분해를 위해 공기 중에서 1100°C까지 다양한 온도 구간의 탈지 공정을 거쳤으며, 총 탈지 시간은 48시간이었다. 탈지 후 각 구성체의 소성 수축률 매칭을 위해서 1100〜 1400°C 사이에서 고온현미경 (Heating microscope, Okdu, Korea)를 사용하여 직접 촬영한 이미지를 분석하여 산출하였다.
- 1과 같다. 제조된 슬러리를 연료극은 40 gm, 전해질은 7)im, 공기극은 20 卩m의 두께로 박막테이프를 제조할 수 있는 립 (Lip) 방식의 테이프 캐스터 (Lip coater, Hirano Tecseed, Japan, 이하 립코팅테이프캐스터)를 이용하여 성형 테이프를 제조하였으며 각각 50장, 1 장, 3장을 적층하고 70°C, 500 kgf, 30분의 조건으로 열간 등압 프레스(Wann laminating system, Nikkiso, Japan)를 이용하여 최종 성형체를 제조하였다. 이 때, 테이프 제조 시 생성될 수 있는 내부 응력을 완화하기 위해, 연료극은 15x15 cm의 크기로 자른 후 정사각형의 네 변 방향 및 윗면과 아래면 두 방향 등 8가지의 테이프의 방향을 고려하여 적층되었다.
- 최적화된 동시소성 온도에서 소성된 단전지의 상변화를 확인하기 위해 2(480° 26 범위에서 XRD(D/max-C, Rigaku, Japan) 분석을 실시하였다. 이 때 공기극의 상변화에 주목하기 위해 연료극과 전해질의 두께는 동일하지만 공기극을 일반 단전지보다 두껍게 적층한 (두께 0.
- 테이프 캐스팅용 슬러리의 분산제 최적화를 위해 분산제 (M1201, Ferro, USA)의 양에 따른 분말 입도 분석(LA- 910, Horiba, Japan)을 실시하였고, 박막 테이프제조에 적합한 최종 슬러리 조성을 완성하기 위해 분말과 상용 바인더솔루션(B74001, Ferro, USA)의 무게 비에 따른 점도평가(RVDVII, Brookfield, USA) 및 제조된 테이프의 인장강도 및 연신률(Type 18, Heidon, Japan)을 측정하였다. 최종 테이프캐스팅용 슬러리는 1차로 분말, 분산제, 에탄올 및 톨루엔을 24시간 볼밀링한 후 2차로 바인더솔루션을 첨가하여 24시간 볼밀링하여 제조되었다.
- 또한 동시소성의 가장 중요한 요소인 각 구성물질의 구성성분비에 따른 소성 수축률의 평가를 통해 동시소성의 가능성을 판단하고, 이를 통해 무결함 동시 소성 공정을 최적화하였다. 최종적으로 연료극, 전해질, 공기극이 이종 접합된 연료극 지지형 단전지 성형체를 동시 소성하고 전지 성능 및 임피던스를 평가함으로써 테이프 캐스팅 및 동시소성 공정의 단전지 제조 적합성 여부를 고찰하였다.
- 탈지 후 각 구성체의 소성 수축률 매칭을 위해서 1100〜 1400°C 사이에서 고온현미경 (Heating microscope, Okdu, Korea)를 사용하여 직접 촬영한 이미지를 분석하여 산출하였다. 연료극의 NiO/YSZ 및 공기극의 LSMMYSZ 무게비는 각각 56/44와 50/50으로 고정시킨 후 YSZ 미립/조립 분말 비를 조절하여 YSZ 전해질의 수축률과 비교 평가하였다.
- 0-010H, Unitec Ceramics, UK), 미립 YSZ (TZ-8Y, TOSOH, Japan) 그리고 기공 전구체인 carbon black(Ravem 430, Columbian Chemical, USA)을 사용하였으며 전해질로는 미립 YSZ, 공기극은 LSMCLamSrgMnQ, SEIMI, Japan), 조립 YSZ 및 미립 YSZ를 사용하였다. 테이프 캐스팅용 슬러리의 분산제 최적화를 위해 분산제 (M1201, Ferro, USA)의 양에 따른 분말 입도 분석(LA- 910, Horiba, Japan)을 실시하였고, 박막 테이프제조에 적합한 최종 슬러리 조성을 완성하기 위해 분말과 상용 바인더솔루션(B74001, Ferro, USA)의 무게 비에 따른 점도평가(RVDVII, Brookfield, USA) 및 제조된 테이프의 인장강도 및 연신률(Type 18, Heidon, Japan)을 측정하였다. 최종 테이프캐스팅용 슬러리는 1차로 분말, 분산제, 에탄올 및 톨루엔을 24시간 볼밀링한 후 2차로 바인더솔루션을 첨가하여 24시간 볼밀링하여 제조되었다.
- 테이프로 제조된 단전지 구성물질의 동시소성 온도를 결정하기 위해 기공전구체 양이 고정된 연료극 및 공기극과 YSZ 분말로만 구성되어 있는 전해질의 소성 온도에 따른 기공률을 조사하였다. Fig.
- 테이프캐스팅으로 제조된 연료극, 전해질, 공기극 테이프의 성형 미세구조와 소성 후 미세구조를 SEM(JSM6300FV, Jeol, Japan)으로 관찰하였다. 또한 적층 후 동시소성한 단 전지 시편의 파단면 역시 SEM으로 관찰하였다.
대상 데이터
- 연료극으로 NiO(Nickelous Oxide Green, J.T. Baker, USA), 조립 YSZ(FYT13.0-010H, Unitec Ceramics, UK), 미립 YSZ (TZ-8Y, TOSOH, Japan) 그리고 기공 전구체인 carbon black(Ravem 430, Columbian Chemical, USA)을 사용하였으며 전해질로는 미립 YSZ, 공기극은 LSMCLamSrgMnQ, SEIMI, Japan), 조립 YSZ 및 미립 YSZ를 사용하였다. 테이프 캐스팅용 슬러리의 분산제 최적화를 위해 분산제 (M1201, Ferro, USA)의 양에 따른 분말 입도 분석(LA- 910, Horiba, Japan)을 실시하였고, 박막 테이프제조에 적합한 최종 슬러리 조성을 완성하기 위해 분말과 상용 바인더솔루션(B74001, Ferro, USA)의 무게 비에 따른 점도평가(RVDVII, Brookfield, USA) 및 제조된 테이프의 인장강도 및 연신률(Type 18, Heidon, Japan)을 측정하였다.
- 탈지 및 소성 수축에서 발생할 수 있는 공정 결함을 줄이기 위해 소성 세터는 기공률 70% 이상의 다공성 기판을 사용하였는데 시편과의 반응 문제를 해결하기 위해 모재인 알루미나 기판의 표면에 지르코니아가 코팅된 세터를 사용하였다.
성능/효과
- 11, 12와 같다. 800°C에서의 동시 소성 온도에 따른 단전지의 전지 성능 및 ASR을 평가한 결과, 1325~1350°C에서 88〜lOOZmWcm"로 다른 동시 소성 온도 조건보다 가장 높은 성능 및 낮은 ohmic 저항(1.0〜2.0 Qcn?)을 보였으나, 박막전해질을 사용하였음에도 불구하고, 중저온 운전이 불가능한 낮은 성능을 보였다. 또한 전체 셀 저항 역시 1325〜1350°C에서 가장 낮은 결과를 보였으나 전체적으로 저항이 높은 수준이었다.
- 1. 분산제는 0.8 wt%, P/B의 비율은 2.5에서 박막데이프용 립코팅 테이프캐스터에서 요구하는 고분산 및 저점도 슬러리를 제조할 수 있었으며 미세구조 및 기계적 특성이 우수한 연료극, 공기극 및 박막 전해질 테이프(7|jm) 를 제조할 수 있었다.
- 2. 기공전구체인 카본 블랙을 각각 10wt%오+ 20wt%를첨가한 연료극과 공기극을 소결하였을 때, 연료극은 전 온도 범위에서, 공기극은 1350°C 이하에서 SOFC 전극에 요구되는 20% 이상의 기공률을 얻을 수 있었으나-, 전해질은 1325°C 이상에서 치밀한 미세구조를 얻을 수 있었기 때문에, 동시소성 가능 온도는 1325~1350°C로 판단되었다.
- 3. 연료극 및 공기극은 조립 및 미립 YSZ 분말의 함량 비율을 조절하여 전해질과 소성수축률 매칭을 시도하였으며 연료극은 미립/조립 YSZ의 비가 1/1, 공기극은 1/3 인 경우 전해질과 유사한 순간 수죽률 및 최종 수죽률을보였다.
- 4. 테이프캐스팅으로 제조한 연료극(NiO-YSZ), 전해질 (YSZ) 및 공기극(LSM-YSZ) 테이프를 적층하여 1325〜 1350°C에서 동시소성 하였을 때 전극과 전해질 계면에서 결함이 발생 하지 않았을 뿐만 아니 라, 5 gm 정 도의 두께를 갖는 치밀한 전해질 막과 다공성 전극으로 이루어진 연료극 지지형 단전지를 제조할 수 있었다.
- 연료극과 공기극의 조성, 즉 NiO/YSZ의 무게비(56/44) 및 LSM/YSZ의 무게비(50/50)는 고정을 시키고 YSZ의 함량 중 조립과 미립 분말의 비율을 변화시켜 각 온도(1100〜 1400°C)의 순간 수축률을 YSZ 전해질과 비교하여 가장 유사한 소결 거동을 보이는 조건을 찾고자 노력하였다. 그 결과 연료극은 미 립 YSZ(TZ-8Y)와 조립 YSZ(FTY)가무게비로 1:1인 조건에서, 공기극은 3:1인 조건에서 전해질과 순간 수축률 및 최종 수축률 매칭이 가능하였다. 공기극인 경우 앞에서 언급한 바와 같이 LSM-YSZ의 일반적인 소성 온도가 1200°C 이하이기 때문에 전해질과 수축률을 맞추기 위해서는 조립 YSZ의 함량이 연료극에서보다 높은 함량이 필요하였다.
- 테이프캐스팅 시 슬러리의 분산이 실패한 경우 제조된 테이프의 윗면과 아랫면의 미세구조는 상이하게 되는데, 특히 카본블랙과 같은 밀도가 낮은 물질과 LSM, NiO, YSZ와 같은 밀도가 높은 물질이 혼합되어 성형되었을 경우는 분말 밀도차이에 의해 상 분리가 일어나 테이프의 윗면과 아랫면의 미세구조 차이를 야기한다. 그러나 본 연구에서 제조된 연료극, 전해질, 공기극은 SEM으로 관찰하였을 경우 윗면과 아랫면의 미세구조가 유사한 것을 알 수 있으며, 이는 각 물질이 효과적으로 분산되어 있었던 것으로 판단할 수 있다. 특히 전해 질의 경 우는 7 卩m 수준으로 박막임 에도 불구하고 결함이 없는 매우 우수한 미세구조를 갖는 테이프를 제조할 수 있었다.
- 일반적으로 균일한 분말과 바인더 분포를 갖는 테이프에서 높은 인장 강도 및 낮은 연신률을 갖게 되고, 이러한 조건의 성형 테이프는 변형이 적어 우수한 미세구조의 적층체를 제조할 수 있다. 따라서 P/B가 2.5인 조건에서의 가장 높은 강도와 가장 낮은 연신률을 갖게 되므로 최적 바인더 솔루션 함량으로 판단될 수 있었으며, 이를 적용하여 립코팅 테이프캐스터용 슬러리의 최적 조성을 설정하였다.
- 그러나 공기극은 1300°C부터 급격한 기공 감소가 일어나서 1350°C에서는 20% 이하의 기공률을 갖는 결과를 보인다. 따라서 기공률의 결과로 판단하였을 경우, 치밀한 전해질과 다공성 전극을 얻기 위한 동시소성온도는 1300°C에서 1350°C 사이로 판단된다.
- 슬러리의 분산에 문제가 있을 경우 분말은 응집이 일어나게 되고, 이러한 응집체로 인해 분말의 평균입경이 증가하며, 입도 분포가 넓어지게 된다. 따라서 분산제가 0.8wt%일 경우 미립 YSZ의 평균 입경은 0.35 urn 수준으로 가장 작고, 입도 분포가 가장 좁은 결과를 보이게 되므로, 최적 분산조건으로 판단할 수 있었으며, 이후 슬러리의 분산제 함량은 0.8 wt%로 고정하였다.
- 0 Qcn?)을 보였으나, 박막전해질을 사용하였음에도 불구하고, 중저온 운전이 불가능한 낮은 성능을 보였다. 또한 전체 셀 저항 역시 1325〜1350°C에서 가장 낮은 결과를 보였으나 전체적으로 저항이 높은 수준이었다.
- 또한 1350°C 이하에서는 연료극과 더불어 공기극 역시 적절한 기공률을 얻을 수 있었던 것으로 판단된다. 실제로 1350°C에서 동시 소성된 연료극과 공기극의 기공률을 화상 분석한 결과 연료극은 48%, 공기극은 31%의 기공률을 갖게 됨을 확인할 수 있었다.
- 10은 테이프캐스팅으로 제조된 연료극, 전해질, 공기극 테이프를 적층한 단전지를 동시소성 온도에 따라 소성 한 후 파단면을 관찰한 SEM 사진이다. 연료극, 전해질 및 공기극 등의 소성 수축률의 우수한 매칭성으로 인해 층간 분리, 휨, 균열 등의 결함은 관찰되지 않았으며, 미세구조적으로 우수한 단전지를 제조할 수 있었다, . 제조된 단전지의 전해질의 두께는 5卩m이며, 1300°C 이상에서 매우, 치밀한 미세구조를 얻을 수 있었다.
- 연료극 및 공기극은 각각 일반적인 소성 온도인 1400°C와 1200°C에서 소성한 시편이며, 연료극은 800°C, 수소 분위기에서 환원처리를 하였다. 연료극은 카본블랙의 함량이 10 wt% 이상이 되면 기공률이 40% 이상이 되어 연료 공급에 문제가 없을 것으로 생각되지만, 공기극은 같은 조건에서, 소성온도가 낮음에도 불구하고, 27%의 기공률이 얻어졌다. 동시소성 온도가 연료극 소성 온도인 1400°C 보다는 낮고, 공기극 소성 온도인 1200°C 보다는 높을 것이 확실하므로, 공기극의 기공률을 최대로 갖는 조건인 카본블랙 20wt%와 연료극인 경우는 10 wt% 카본블랙 양을 최적 조건으로 결정하고 기공전구체 함량을 고정하였다.
- 1400°C에서의 공기극은 아르키메데스 분석과 유사하게 기공률이 매우 낮아지고 입경도 1350°C에 비해 매우 성장하였다. 이러한 현상을 종합적으로 고려하면, 연료극은 본 연구에서 연구한 전 범위 온도에서 적용가능하며, 전해질은 1325°C 이상, 공기극은 1350°C 이하에서 소성이 가능하기 때문에 동시소성 가능 온도는 1325〜1350°C로 판단된다.
- 연료극, 전해질 및 공기극 등의 소성 수축률의 우수한 매칭성으로 인해 층간 분리, 휨, 균열 등의 결함은 관찰되지 않았으며, 미세구조적으로 우수한 단전지를 제조할 수 있었다, . 제조된 단전지의 전해질의 두께는 5卩m이며, 1300°C 이상에서 매우, 치밀한 미세구조를 얻을 수 있었다. 또한 1350°C 이하에서는 연료극과 더불어 공기극 역시 적절한 기공률을 얻을 수 있었던 것으로 판단된다.
- 간단하게 줄일 수 있었다. 즉 분산제 함량 및 분말과 바인더 솔루션의 비율만을 제어함으로써 미세구조가 우수한 테이프 제조공정 조건을 최적화할 수 있었다.
- 특히 전해 질의 경 우는 7 卩m 수준으로 박막임 에도 불구하고 결함이 없는 매우 우수한 미세구조를 갖는 테이프를 제조할 수 있었다. 즉 슬러리의 분산제 최적화 및 바인더 솔루션 함량 최적화를 통해 립코팅 테이프캐스팅에 적합한 슬러리를 제조하였으며, 우수한 특성의 고분산 및 초박막 테이프를 제조할 수 있었던 것으로 판단된다.
- 그러나 본 연구에서 제조된 연료극, 전해질, 공기극은 SEM으로 관찰하였을 경우 윗면과 아랫면의 미세구조가 유사한 것을 알 수 있으며, 이는 각 물질이 효과적으로 분산되어 있었던 것으로 판단할 수 있다. 특히 전해 질의 경 우는 7 卩m 수준으로 박막임 에도 불구하고 결함이 없는 매우 우수한 미세구조를 갖는 테이프를 제조할 수 있었다. 즉 슬러리의 분산제 최적화 및 바인더 솔루션 함량 최적화를 통해 립코팅 테이프캐스팅에 적합한 슬러리를 제조하였으며, 우수한 특성의 고분산 및 초박막 테이프를 제조할 수 있었던 것으로 판단된다.
후속연구
- 하지만 Sr乏K)3의 형성 역시 전해질의 Ohmic 저항을 높이고 공기극의 전극 반응을 방해하게 되어, 1325〜1350°(2에서 역시 박막전해질을 사용하였음에도 불구하고, 낮은 전지 성능을 보이는 것으로 판단된다. 따라서 우수한 공정개발을 통해 박막전해질 제조 및 연료극, 전해질, 공기극 동시 소성을 성공했음에도 불구하고, 근본적으로 LSM과 YSZ 공기극의 이차상 생성을 억제하는 방법, 특히 YSZ 전해질과 반응하지 않으며 1300°C 이상의 고온에서 소성되는 공기극 물질을 개발하지 않는다면 SOFC의 저비용단전지 생산이 불가능 할 것으로 보이며 이러한 연구가 시급히 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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