초록 ▼

환경오염, 에너지자원의 고갈 등의 문제 때문에 화력발전이나 원자력발전이 예전의 가치를 잃어가고 있는 이때, 연료전지는 이러한 문제를 해결해줄 수 있는 가까운 미래의 무공해 발전방식으로 그 위치를 굳혀 가고 있다. 고체전해질형 연료전지는 부식의 문제가 없고 높은 효율을 갖고 있으나 작동온도가 1000℃의 고온이란 점이 문제가 되고 있다. 이보다 낮은 온도에서 작동할 수 있다면 재료선택의 폭이 넓어지고 경제성도 증대될 수 있으므로 중온형고체전해질 연료전지에 관한 연구는 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 YSZ(yttria s

환경오염, 에너지자원의 고갈 등의 문제 때문에 화력발전이나 원자력발전이 예전의 가치를 잃어가고 있는 이때, 연료전지는 이러한 문제를 해결해줄 수 있는 가까운 미래의 무공해 발전방식으로 그 위치를 굳혀 가고 있다. 고체전해질형 연료전지는 부식의 문제가 없고 높은 효율을 갖고 있으나 작동온도가 1000℃의 고온이란 점이 문제가 되고 있다. 이보다 낮은 온도에서 작동할 수 있다면 재료선택의 폭이 넓어지고 경제성도 증대될 수 있으므로 중온형고체전해질 연료전지에 관한 연구는 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 YSZ(yttria stabilized zirconia) 전해질의 최적 소결조건을 연구하였으며 perovskite구조의 금속산화물(La??xSrxMO?, M=Cr, Mn, Co)을 산소극 물질로 선택하여 그 전기화학적인 특성을 살펴보았다. 또한 중온형고체전해질로서 (YSZ)??x(Er?O?)x, (YSZ)??x(Gd?O?)x, (ZrO?)??x(CeO?)x, (ZrO?)??x(Gd?O?)x, (ZrO?)??x(Yb?O?)x, (Bi?O?)??x(Gd?O?)x, 그리고 (Bi?O?)??x(Yb?O?)x계의 화합물들에 대해 연구하였는데 (Bi?O?)?.??(Yb?O?)?.?? 전해질은 800℃에서 10??S·㎝??의 이온전도도를 나타내어 중온형전해질로서 가능성을 보였다. 마지막으로 산소극으로 perovskite 구조의 금속산화물, 수소극으로는 Ni-YSZ cermet, 전해질로는 YSZ 또는 (ZrO?)?.??(Yb?O?)?.??를 사용하여 단전지를 구성하고 800∼1000℃의 온도범위에서 성능을 측정하였다. 본 연구에서 사용한 측정법은 고체전해질계의 전기화학적 특성을 정확히 평가할 수 있는 Impedance Spectroscopy와 XRD, SEM, 전류중단법, 사단자법 등이다.

Abstract ▼

Recently, the problems of electric power generating systems such as exhaustion of energy resources and occurrence of pollutions come to the front. The fuel cell is spotlighted as a next electric power generating system because it can solve such problems. The solid oxide fuel cell(SOFC) has high ef

Recently, the problems of electric power generating systems such as exhaustion of energy resources and occurrence of pollutions come to the front. The fuel cell is spotlighted as a next electric power generating system because it can solve such problems. The solid oxide fuel cell(SOFC) has high efficiency and no corrosion related poblems. But its operation temperature, 1000℃, is so high that development of intermediate temperature SOFC is indispensable project. On this studies, we investigated the optimum sintering temperature of YSZ(yttria stabilized zirconia) electrolyte, and the electrochemical characteristics of perovskite-type oxides(La??xSrxMO?, M=Cr, Mn, Co) as cathode materials. Also for intermediate temperature solid electrolyte, (YSZ)??x(Er?O?)x, (YSZ)??x(Gd?O?)x, (ZrO?)??x(CeO?)x, (ZrO?)??x(Gd?O?)x, (ZrO?)??x(Yb?O?)x, (Bi?O?)??x(Gd?O?)x, and (Bi?O?)??x(Yb?O?)x solid solution system were investigated. The ionic conductivity of (Bi?O?)?.??(Yb?O?)?.?? electrolyte was 10??S·㎝?? at 800℃. Finally we tested characteristics of unit cell in the temperature range of 800∼1000℃ with perovskite type oxide as a cathode, Ni-YSZ cermet as a anode, and YSZ or (ZrO?)?.??(Yb?O?)?.?? as a electrolyte to establish basic tecnologies for SOFC stacking. Impedance spectroscopy, well known as a electrochemical measuring method especially in solid electolyte system, XRD, SEM, current interruption method and four probe method, etc. were used in this study.

목차 Contents

• 1. 서 론...9
• 2. 연구방법 및 이론...11
• 2-1. 이 론...11
• 2-1-1. 고체전해질형 연료전지의 이론 및 작동원리...11
• 2-1-2. AC Impedance Spectroscopy의 원리 및 응용...13
• 2-1-3. 고체전해질...14
• 2-1-4. Perovskite 형 산화물 전극의 구조 및 전극반응...17
• 2-2. 전해질제작 및 산소극, 수소극재료 합성...23
• 2-2-1. YSZ를 사용한 전해질제작...23
• 2-2-2. 중온형 전해질 제작...23
• 2-2-3. Perovskite 구조의 금속산화물 제조...26
• 2-2-4. Ni-YSZ cermet 제조...29
• 2-3. 실험장치 및 측정방법...31
• 3. 결과 및 고찰...40
• 3-1. 8 mol% YSZ 전해질과 3 mol% YSZ의 비교...40
• 3-2. YSZ전해질의 제작조건 고찰...42
• 3-3. YSZ전해질과 Perovskite 구조의 금속산화물 전극에 대한 실험...47
• 3-3-1. $La_{1-x}Sr_xMnO_3$의 산소극 적합성에 관한 고찰...47
• 3-3-2. $La_{0.5}Sr_{0.5}MO_3$ 전극의 M원소 변화에 따른 특성고찰...57
• 3-4. 중온형고체전해질의 특성고찰...71
• 3-4-1. YSZ에 대한 회토류산화물의 첨가영향...71
• 3-4-2. $ZrO_2$에 대한 회토류산화물의 첨가영향...71
• 3-4-3. $Bi_2O_3$에 대한 회토류산화물의 첨가영향...80
• 3-5. 단위전지 성능측정...88
• 4. 결 론...92
• 5. 인용문헌...94