초록

본 사업은 이온전도성 세라믹 멤브레인을 위한 신조성을 개발하는데 연구목적이 있으며, 당해연도에는 B-site 치환에 의한 신조성 개발과 개발된 신조성 물질의 전기적 물성 및 구조분석, 반응속도론 적 해석 등의 연구내용이 포함된다. 또한 위탁연구개발을 통하여 분극 저항이 낮은 복합 perovskite 소재 SOFC 전극 개발 및 단전지 제조가 목표이며, 이온전도성 멤브레인 소재의 전극 분극 특성 연구와 중저온(600~700$^{\circ}C)$ SOFC 출력 향상 기술 개발을 한다.

Abstract ▼

The research of this project year include the development of new material with double-perovskite structure$(A_2B_2O_{5+d})$. We substituted Co ions with Fe and successfully synthesized single phase double-perovskite material. The electrical properties under oxidizing atmosphere were inves

The research of this project year include the development of new material with double-perovskite structure$(A_2B_2O_{5+d})$. We substituted Co ions with Fe and successfully synthesized single phase double-perovskite material. The electrical properties under oxidizing atmosphere were investigated with sintered bodies of which sintering temperature were controlled to make dense and crack-free ceramics. Kinetic study on the chemical diffusion of oxygen was conducted by means of conductivity relaxation. As a cathode for SOFC, the double perovskite materials' polarization characteristics in intermediate temperature solid oxide fuel cells were also investigated.

목차 Contents

• 제 1 장 서론 ...14
• 제 2 장 문헌조사 ...15
• 제 1 절 혼합전도성 세라믹 멤브레인 ...15
• 제 2 절 Double Perovskite 멤브레인 소재 ...17
• 제 3 장 실험방법 ...20
• 제 1 절 B-site 치환에 의한 PBCO 합성 ...20
• 제 2 절 PBCF(PrBa$Co_{2-X}Fe_xO_{5+d}$) 소결체의 제조 및 분석 ...21
• 제 3 절 PBCF(PrBa$Co_{1.5}Fe_{0.5}O_{5+d}$) 소결체의 산소투과도 측정 ...23
• 제 4 장 결과 및 토의 ...25
• 제 1 절 PBCO(PrBa$Co_2O_{5+d}$)의 합성 ...25
• 제 2 절 PBCF(PrBa$Co_{2-X}Fe_XO_{5+d}$)의 합성 ...27
• 제 3 절 PBCF(PrBa$Co_{2-X}Fe_XO_{5+d}$)의 소결특성 ...32
• 제 4 절 PBCF(PrBa$Co_{2-X}Fe_XO_{5+d}$)의 전기전도도 ...36
• 제 5 절 PBCF(PrBa$Co_{2-X}Fe_XO_{5+d}$)의 $\sigma$-relaxation: 화학적 확산 ...39
• 제 6 절 PBCF(PrBa$Co_{1.5}Fe_{0.5}O_{5+d}$)의 산소 투과특성 ...45
• 제 5 장 결론 ...46
• 참고문헌 ...47
• [그림 2- 1] 산소투과 멤브레인을 이용한 합성가스제조 모식도 ...15
• [그림 2- 2] 단순 perovskite구조와 double perovskite 구조 ...18
• [그림 2- 3] PBCO의 oxygen nonstoictiometry에 따른 결정구조 ...18
• [그럼 2- 4] PBCO의 oxygen content에 따른 XRD spectrum ...19
• [그림 3- 1] 고온 전기 전도도 측정 장치 ...22
• [그림 3- 2] 산소투과특성 평가 장치 ...24
• [그림 4- 1] Citrate법과 고상반응법으로 합성한 PBCO 분말 및 소결체의 XRD spectra ...25
• [그림 4- 2] PBCO의 고상반응 온도에 따른 XRD spectra ...26
• [그림 4- 3] $900^{\circ}C$ 하소 PBCO 분말을 이용한 소결체의 소결온도에 따른 XRD spectra ...27
• [그림 4- 4] PBCF 분말의 하소 온도에 따른 XRD spectra ...28
• [그림 4- 5] $900^{\circ}C$ 하소 PBCF 분말을 이용한 소결체의 소결온도에 따른 XRD spectra ...29
• [그림 4- 6] PBCF(PrBa$Co_{2-x}Fe_xFeO_{5+d}$)의 Fe 함량에 따른 XRD spectra: 하소온도$-1100^{\circ}C$(x=0, 0.2, 0.5) 또는 $1200^{\circ}C$(x=1.0, 1.5) ...30
• [그림 4- 7] PBCF $1225^{\circ}C$ 소결체의 Fe함량에 따른 XRB spectra ...30
• [그림 4- 8] PrBa$Co_{1.8}Fe_{0.2}O_{5+d}$ 소결체의 온도에 따른 XRD spectrum 변화 ...31
• [그림 4- 9] 공기 중 및 Ar 분위기에서 고온 XRD spectrum 비교 ...32
• [그림 4-10] 합성방법 및 합성원료에 따른 PBCO 의 소결온도에 따른 상대밀도변화 ...33
• [그림 4-11] PrBa$Co_{2-x}Fe_O_{5+d}$ 소결체의 온도에 따른 상대소결밀도 ...34
• [그림 4-12] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$ 소결체의 Fe 조성 및 소결온도에 따른 미세구조 ...35
• [그림 4-13] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$ 소결체($1250^{\circ}C$)의 측정온도에 따른 전기전도도 변화 ...36
• [그림 4-14] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$ 소결체($1250^{\circ}C$)의 측정온도에 따른 전기전도도 변화 ...37
• [그림 4-15] 산소분압에 따른 PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$ 소결체(x=0, 0.5)의 전기전도도 변화 ...38
• [그림 4-16] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$ 소결체($1225^{\circ}C$)의 oxygen incorporation (1% $O_2{\rightarrow}10%$ $O_2$)에 의한 conductivity relaxation 곡선($450^{\circ}C$) ...39
• [그림 4-17] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$ 소결체($1225^{\circ}C$)의 oxygen excorporation (10%$O_2{\rightarrow}1%$ $O_2$)에 의한 conductivity relaxation 곡선 ...40
• [그림 4-18] Noramlised conductivity 결과를 2-dimension 확산식(식 (5))에 의해 fitting한 예: 실선-fitting curve, symbol-실험데이터 ...41
• [그림 4-19] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$(x=0.02) 소결체($1225^{\circ}C$)의 oxygen incorporation으로부터 구한 kinetic parameter($D_{chem}$, $k_{chem}$) ...43
• [그림 4-20] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$(x=0, 0.2) 소결체($1225^{\circ}C$)의 oxygen excorporation으로부터 구한 kinetic parameter($D_{chem}$, $k_{chem}$) ...44
• [그림 4-21] PrBa$Co_{1.5}Fe_{0.5}O_{5+d}$ 소결체($1225^{\circ}C$)의 oxygen excorporation으로부터 구한 kinetic parameter($D_{chem}$, $k_{chem}$) ...45
• [표 3-1] PBCO double perovskite 산화물의 B-site 치환 가능한 이온의 반경(6 배위) ...20
• [표 4-1] PrBa$Co_{2-x}Fe_xO_{5+d}$ 소결체의 Fe 조성 및 소결온도에 따른 밀도 및 기공율 ...35