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문제 정의
- 음극 지지체의 전기적 특성 및 기계적 특성과 미세구조의 연관성에 관하여 보고한 이전의 연구결과章)를 통해, 미세한 입자의 NiO 및 YSZ 원료를 사용할 때, 높은 전기 전도도와 기계적 강도를 동시에 얻을 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 실험에서는 비교적 입자가 미세한 상용분말들을 사용하여 음극지지체를 제조하고자 하였다.
- 庭)본 연구에서는 상용분말로부터 제조된 sluny를이용하여 NiO-YSZ 다공질 음극기판 위에 전해질과 양극을 spin-coating 함으로써 단전지 제조공정으로서의 가능성을 확인하고, YSZ 전해질 막의 두께와 기밀성에 미치는 slurry의 점도, 기판의 회전수, 코팅 횟수, 음극 기판의 미세구조의 영향을 고찰하였다. 또한, 음극 기판의 가 소결 온도에 따른 단전지의 출력특성을 조사하여 우수한 성능의 전해질 막을 얻기 위한 음극기판의 조건을 알아보고자 하였다.
- 80℃로 가열된 oven 내에서 건조된 시편을 1400℃에서 열처리하여 음극 층의 소결 수축과 함께 치밀한 전해질 층이 제조되도록 하였다. 본 연구의 목적 가운데 하나는 음극 지지형 SOFC 단위 셀 제조를 위한 spin-coating 제조 조건을 조사하는 것으로, (1)YSZ 고형분의 함량, (2)음극지지체의 가소결 온도, (3)spin-coater의 회전속도, (4)증착 횟수에 따른 전해질 증의 두께 변화를 FE-SEM으로 관찰하였다.
- 암시한다. 음극지지체의 미세구조가 코팅된 전해질막의 기밀도 및 미세구조에 미치는 영향에 대하여는 전해질의 미세구조에 대한 보다 세밀한 분석이 이루어져야 할 것이나, 본 연구에서는 가소결 온도를 1000-1200℃로 변화시킨 음극기판을 이용하여 제조한 단전지 (Table 1에서 밑줄 친 두께 값의 전해질)의 출력특성을 조사한 결과를 다음 절에서 비교하여 분석하고자 한다.
- NiO-YSZ 음극 기판 위에 spin-coating 할 전해질 slurry를 제조하기 위해, YSZ 상용분말(TZ-8YS, Tosoh, Japan)을 일정한 양의 결합제 및 탈포제와 함께 증류수에 혼합하여 24시간 정도 ball-milling하였다. 첨가된 결합제의 양과 YSZ 분말 고형분의 함량은 slurry의 점도와 spin-coating에 의한 증착 두께를 결정하는 요인이 되므로 단전지 제조를 위한 최적화된 조성을 만들고자 하였다. YSZ 전해질 층의 두께를 조절하기 위해 고형 분의 함량을 긱각 38wt%와 43wt%로 변화시켜 제조된 sluny 를 coating하여 공소결 (co-firing)한 후 전해질 층의 두께를 SEM으로 관찰하였다.
가설 설정
- 본 연구에서와 같이 slurry를 다공성 기판 위에 spin- coating을 할 때, 1)다공성 기판에 의해 작용하는 압력(모세관 압력과 sluny에 의한 수압 및 중력)과 2)원심력에 의해 casting layer에 작용하는 shear stress로부터 건조 후의 두께가 결정될 것이다.”) 1200℃ 가소결 음극기판의 spin 회전수를 증가시킬 때 전해질의 두께가 다소 감소하는 것은 더 큰 원심력에 의해 casting layer의 표면이 쓸려나간 것으로 해석된다.
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