Modified Oxalate Method 의해 합성한 SOFC용(La0.6Sr0.4)(Co0.2Fe0.8)O3 Cathode의 pH 변화에 따른 특성 Synthesis and Electrochemical Properties of (La0.6Sr0.4)(Co0.2Fe0.8)O3 cathode for SOFC on pH Control Using Modified Oxalate Method원문보기
Modified oxalate method에 의해 합성한 중온형 Solid Oxide Fuel Cell 용 LSCF cathoded의 pH 변화에 따른 분말특성 및 여러 종류의 전해질에 따른 전극특성에 대해 연구하였다. LSCF를 합성하기 위한 출발물질로는 La, Sr, Co 및 Fe의 염화물과 oxalic acid, ethanol 및 $NH_4OH$를 사용하여, $80^{\circ}C$ 에서 pH 2, 6, 7, 8, 9 및 10에서 합성하였다. 합성한 LSCF 분말은 pH $2{\sim}9$까지는 단일상의 LSCF 결정상을 생성하였다. 그러나, PH 10에서는 LSCF결정상 외에 이차상인 $La_2O_3$ 결정상이 나타났으며, 또한 $800^{\circ}C$에서 4시간 하소한 경우 50 nm정도의 작은 크기를 나타내었다. 합성한 LSCF cathode 분말의 전기전도도는 pH 7에서 합성한 LSCF 분말의 경우 $600^{\circ}C$부터 $900^{\circ}C$까지 측정하였을 때 약 950 S/cm의 높은 값을 나타내었다. 또한 분극저항의 경우 같은 합성 조건에서 합성한 LSCF 분말이라도 하소조건에 따라 다른 결과를 나타내었는데, $800^{\circ}C$에서 하소한 분말의 경우 $1200^{\circ}C$에서 하소한 분말 보다 낮은 분극저항을 나타내었다. 특히 $800^{\circ}C$에서 4시간 하소하여 합성한 LSCF 분말은 $600^{\circ}C$에서 Scandia Stabilized Zirconia (ScSZ), yttria (8mol.%)-stabilized zirconia(8Y-YSZ) 및 Gadolinium Doped Ceria(GDC) 전해질을 사용하였을 때, 전극면적이 $0.5\;cm^2$일 때 각각 2.52, 1.54 및 $2.58\;{\Omega}$을 나타내었다.
Modified oxalate method에 의해 합성한 중온형 Solid Oxide Fuel Cell 용 LSCF cathoded의 pH 변화에 따른 분말특성 및 여러 종류의 전해질에 따른 전극특성에 대해 연구하였다. LSCF를 합성하기 위한 출발물질로는 La, Sr, Co 및 Fe의 염화물과 oxalic acid, ethanol 및 $NH_4OH$를 사용하여, $80^{\circ}C$ 에서 pH 2, 6, 7, 8, 9 및 10에서 합성하였다. 합성한 LSCF 분말은 pH $2{\sim}9$까지는 단일상의 LSCF 결정상을 생성하였다. 그러나, PH 10에서는 LSCF결정상 외에 이차상인 $La_2O_3$ 결정상이 나타났으며, 또한 $800^{\circ}C$에서 4시간 하소한 경우 50 nm정도의 작은 크기를 나타내었다. 합성한 LSCF cathode 분말의 전기전도도는 pH 7에서 합성한 LSCF 분말의 경우 $600^{\circ}C$부터 $900^{\circ}C$까지 측정하였을 때 약 950 S/cm의 높은 값을 나타내었다. 또한 분극저항의 경우 같은 합성 조건에서 합성한 LSCF 분말이라도 하소조건에 따라 다른 결과를 나타내었는데, $800^{\circ}C$에서 하소한 분말의 경우 $1200^{\circ}C$에서 하소한 분말 보다 낮은 분극저항을 나타내었다. 특히 $800^{\circ}C$에서 4시간 하소하여 합성한 LSCF 분말은 $600^{\circ}C$에서 Scandia Stabilized Zirconia (ScSZ), yttria (8mol.%)-stabilized zirconia(8Y-YSZ) 및 Gadolinium Doped Ceria(GDC) 전해질을 사용하였을 때, 전극면적이 $0.5\;cm^2$일 때 각각 2.52, 1.54 및 $2.58\;{\Omega}$을 나타내었다.
The LSCF cathode far Solid Oxide Fuel Cell was investigated to develop high performance unit cell at intermediate temperature by modified oxalate method with different electrolytes and different pH. The LSCF powders employed La, Sr, Co and Fe oxides, oxalic acid, ethanol and $NH_4OH$ solu...
The LSCF cathode far Solid Oxide Fuel Cell was investigated to develop high performance unit cell at intermediate temperature by modified oxalate method with different electrolytes and different pH. The LSCF powders employed La, Sr, Co and Fe oxides, oxalic acid, ethanol and $NH_4OH$ solution were synthesized with pH controlled as 2, 6, 7, 8, 9 and 10 at $80^{\circ}C$ Single crystalline phase was obtained from pH $2{\sim}9$. on the other hand, $La_2O_3$ appeared from pH 10. Very fine powder with particle size of 50 nm was obtained at calcination temperature of $800^{\circ}C$ for 4 hours. LSCF cathode synthesized at pH 7 showed the highest electric conductivity in the temperature range of $600^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$ its value was 950 S/cm at $900^{\circ}C$ Under same synthesis conditions, polarization resistance of each LSCF cathode was changed with different calcination temperatures. As-prepared powder presented 2.52, 1.54 and $2.58\;{\Omega}$ at $600^{\circ}C$ with ScSZ, 8Y-YSZ and GDC as its electrolyte respectively after calcination at $800^{\circ}C$ for 4 hours.
The LSCF cathode far Solid Oxide Fuel Cell was investigated to develop high performance unit cell at intermediate temperature by modified oxalate method with different electrolytes and different pH. The LSCF powders employed La, Sr, Co and Fe oxides, oxalic acid, ethanol and $NH_4OH$ solution were synthesized with pH controlled as 2, 6, 7, 8, 9 and 10 at $80^{\circ}C$ Single crystalline phase was obtained from pH $2{\sim}9$. on the other hand, $La_2O_3$ appeared from pH 10. Very fine powder with particle size of 50 nm was obtained at calcination temperature of $800^{\circ}C$ for 4 hours. LSCF cathode synthesized at pH 7 showed the highest electric conductivity in the temperature range of $600^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$ its value was 950 S/cm at $900^{\circ}C$ Under same synthesis conditions, polarization resistance of each LSCF cathode was changed with different calcination temperatures. As-prepared powder presented 2.52, 1.54 and $2.58\;{\Omega}$ at $600^{\circ}C$ with ScSZ, 8Y-YSZ and GDC as its electrolyte respectively after calcination at $800^{\circ}C$ for 4 hours.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 일반적으로 대량합성이 가능하고, 반응 후 화학양론적인 합성물을 얻을 수 있으며, 합성 분말의 입자 형상 제어가 가능한 oxalate 합성법을 이용하여, 중저온(600~80(TC) 산화분위기에서 공기극 재료로써 높은 전기전도도와 전해질과의 열팽창계수 호환, 고온에서 높은 화학적 안정성을 나타내는 공기극 물질인 LSCF를 합성하여 공기극 재료로서의 특성을 살펴보고자 하였다. 이때 기존 oxalate 합성법으로는 La, Sr, Co 및 Fe의 용해도가 달라 동시에 polyoxalate complexes으貌로 합성하기에는 어려우므로, 침전제를 사용하여 polyoxalate complexes 으로 합성되지 않은 잔류 성분은 hydroxo-complex로 합성하는 modified oxalate methode를 사용하였다.
이때 기존 oxalate 합성법으로는 La, Sr, Co 및 Fe의 용해도가 달라 동시에 polyoxalate complexes으貌로 합성하기에는 어려우므로, 침전제를 사용하여 polyoxalate complexes 으로 합성되지 않은 잔류 성분은 hydroxo-complex로 합성하는 modified oxalate methode를 사용하였다. 합성된 (LaSr)(CoFe)O3는 pH 및 열처리 조건을 변화시켜 합성하고, 합성한 분말을 이용하여 전기적 특성 평가를 통해 합성된 분말의 미세구조와 그에 따른 공기극특성을 살펴보고자 하였다. 4, 5)
제안 방법
2Fe0.8) O3 합성 분말은 공기 중에서 20~1000℃ 사이에서 10。& min으로 승온하면서 열분석을 행하였으며, 이 외에 결정상 및 입자형상 등을 분석하였다.
Modified oxalate method를 이용하여 pH를 변화시킨경우 hydroxo-complex인 田(011门3—甲과 complex oxalate인 出匸夕企] 반응에 의해 LSCF를 합성하였으며, 합성한 LSCF 분말은 pH 2~9까지는 단일상의 (Lao.6Sro.4) (Co0.2Fe0.8)O3 결정상을 생성하였다. 그러나, pH 10에서는 (Lao.
8)03의 합성조건에 따른 전기전도도를 측정하였다. 또한 분극특성을 측정하기 위해 전해질 ScSZ, 8Y-YSZ 및 GDC 3종류를 선택하여, 성형 및 소결한 후 두께 1 mm의 시편을 제조하였다. 합성한 (La0.
먼저 출발물질인 염화물 수용액을 La : Sr : Co : Fe의 비율을 6 : 4 : 2 : 8로 하여 80℃로 유지하면서 혼합한 후, 미리 혼합한 oxalic acid와 ethanoK 첨가하여 원하는 물질의 옥살산염을 형성한 후 5시간 동안 aging하였다. 이렇게 5시간 aging한 후, NH4OH를 첨가하여 pH를 2, 6, 7, 8, 9 및 10으로 조절하여 원하는 합성물을 생성하였으며, 이 합성물은 8(TC에서 3시간 유지하면서 aging하였다. 이렇게 제조된 합성 (Lao.
전기적 특성으로는 하소한 분말을 1200℃에서 4시간 소결하여 제조한 시편을 이용하여 4단자 법으로(Thermoelectric Property measurement system model RZ2001i, Japan) 600~900℃범위에서 (L編6Sr°.4)(Coo.2Feo.8)03의 합성조건에 따른 전기전도도를 측정하였다. 또한 분극특성을 측정하기 위해 전해질 ScSZ, 8Y-YSZ 및 GDC 3종류를 선택하여, 성형 및 소결한 후 두께 1 mm의 시편을 제조하였다.
5 cm2°] 되도록 screen printing 법으로 전극을 형성하여 half cell을 제조하였다. 제조한 half cell을 600, 650, 700 및 에서 solatron 1260 analyzer(USA)를 이용하여 interfacial polarization 분석을 행하였다.
또한 분극특성을 측정하기 위해 전해질 ScSZ, 8Y-YSZ 및 GDC 3종류를 선택하여, 성형 및 소결한 후 두께 1 mm의 시편을 제조하였다. 합성한 (La0.6Sro.4)(Coo.2Feo.8)03 분말과 vehicle을 혼합하여 paste를 제조한 후 소결한 전해질 양면에 전극면적 0.5 cm2°] 되도록 screen printing 법으로 전극을 형성하여 half cell을 제조하였다. 제조한 half cell을 600, 650, 700 및 에서 solatron 1260 analyzer(USA)를 이용하여 interfacial polarization 분석을 행하였다.
이론/모형
공기극 재료로서의 특성을 살펴보고자 하였다. 이때 기존 oxalate 합성법으로는 La, Sr, Co 및 Fe의 용해도가 달라 동시에 polyoxalate complexes으貌로 합성하기에는 어려우므로, 침전제를 사용하여 polyoxalate complexes 으로 합성되지 않은 잔류 성분은 hydroxo-complex로 합성하는 modified oxalate methode를 사용하였다. 합성된 (LaSr)(CoFe)O3는 pH 및 열처리 조건을 변화시켜 합성하고, 합성한 분말을 이용하여 전기적 특성 평가를 통해 합성된 분말의 미세구조와 그에 따른 공기극특성을 살펴보고자 하였다.
성능/효과
에 의해 hydroxocomplex인 [B(OH)—](nT)+과 complex oxalate인 [B(C204)j] 복합염의 각 염의 생성비가 달라진다.6)따라서 pH 변화에 따라 생성되는 복합염의 종류가 같은 경우 생성물질의 분해 및 생성에 따른 peak가 같은 위치에서 생성되나, 생성된 2종류의 복합염 비의 차이에 의해 pH에 따라 감량이 차이를 나타내는 것으로 보여 진다.
합성한 LSCF 분말은 pH 변화에 따라 합성한 LSCF는 small-polaron site가 조금씩 달라 다른 전기전도도를 나타내고 있는데, pH 7에서 합성한 LSCF 분말의 경우 600℃ 부터 90CTC까지 약 950 S/cm의 높은 값을 나타내었다. 또한 분극저항의 경우 같은 합성 조건에서 합성한 LSCF 분말이라도 하소조건에 따라 다른 결과를 나타내었는데, 낮은 하소조건이 합성 분말 내에 많은 활성 표면을 형성하는 것으로 나타났다. 특히 80(TC에서 4시간 하소하여 합성한 LSCF 분말은 600。(2에서 ScSZ, 8Y-YSZ 및 GDC 전해질을 사용하였을 때 각각 2.
6%4)(*姉湖)03 분말의 경우 합성한 분말 내에 존재하는 전이원소인 Co site와 Fe site의 smallpolaron site 차에 의해 전기전도도의 차이를 나타내는 것으로 보인다. 즉 pH 변화에 따라 합성한 (Lao.sSroeXCoo.zFeo., ) O3 분말이 XRD 결과로 비록 단일상을 형성하고 있다고 하더라도, 실제 그 조성 내에 존재하는 Co와 Fe의 small-polaron site는 차이를 가지고 있다는 것을 예측할 수 있다.m”)
참고문헌 (11)
H. B. Wang, J. F. Gao, D. K. Peng and G. Y. Meng, 'Plasma deposition of $La_{0.8}Sr_{0.2}MnO_3$ thin films on yttria-stabilized zirconia from aerosol precursor' Mater. Chem. and Phys., 72, 3, 297 (2001)
E. Bucher, W. Sitte, I. Rom, I. Papst, W. Grogger and F. Hofer, 'Microstructure and ionic conductivity of strontium-substituted lanthanum cobaltites', Solid state ionics, 152, 417 (2002)
V. V. Kharton, A. V. Kovalevsky, A. P. Viskup, F. M. Figueiredo, A. A. Yaremchenko, E. N. Naumovich and F. M. B. Marques, 'Oxygen permeability and Faradaic efficiency of $Ce_{0.8}Gd_{0.2}O_2-d-La_{0.7}Sr_{0.3}MnO_{3-\delta}$ composites', J. of the Euro. Ceram. Soc., 21, 1763 (2001)
Tsang-Tse Fang and Horng-Bin Lin, 'Factors Affecting the Preparation of Barium Titanyl Oxalate Terra- hydrate', J. Am. Ceram. Soc., 72, 10, 1988 (1989)
H. Yamamura, A. Watanabe, S. Shirasaki, Y. Moriyoshi and M. Tanada, 'Preperation of Barium Titanat by Oxalate Method in Ethanol Solution', Ceramics International, 11, 1, 17 (1985)
Liana Marta, Ossi Horovitz and Maria Zaharescu, 'Analytical Study of Oxalates Coprecipitation', Leonardo J. Sci., 2, 72 (2003)
E. Knaepen, M. K. Van Bael, I. Schildermans, R. Nouwen, J. D'Haen, M. D'Olieslaeger, C. Quaeyhaegens, D. Franco, J. Yperman, J.Mullens, L. C. Van Poucke, 'Thermochim. Acta', 318, 143 (2000)
L. W. Tai, M. M. Nasrallah, H. U. Anderson, D. M. Sparlin, S.R. Sehlin, 'Structure and electrical properties of $La_{1-x}Sr_xCo_{1-y}Fe_yO_3$ . Part 1. The system $La_{0.8}Sr_{0.2}Co_{1-y}Fe_yO_3$ ', Solid State Ionics, 76, 259 (1995)
L.W. Tai, M.M. Nasrallah, H.U. Anderson, D.M. Sparlin, S.R. Sehlin, 'Structure and electrical properties of $La_{1-x}Sr_xCo_{1-y}Fe_yO_3$ Part 2. The system $La_{1-x}Sr_xCo_{0.2}Fe_{0.8}O_3$ ' Solid State Ionics, 76, 273 (1995)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.