초록 ▼

본 연구에서는 고온수전해용 음극물질인 Ni/YSZ 복합체를 Ni과 YSZ의 기계적합금화에 의해 개발하고 특성을 평가하는 연구가 수행되었다. 제조된 복합체는 밀링 후에도 결정성 Ni과 YSZ로 구성되어 있다. 볼 밀링시 스테아릭산, 에탄올 및 터피놀 같은 볼 밀링 공정제어제들은 복합체의 평균입자 크기에 영향을 주는 것을 확인하였다. 습식 밀링은 건식밀링에 비해 입자가 효과적으로 분쇄되어 평균 입자크기는 줄어들었다. 볼 밀링시 회전수 및 밀링 시간과 같은 공정변수는 Ni/YSZ복합체의 평균 입도를 감소시켰다. 습식 볼 밀링에 의해 제조

본 연구에서는 고온수전해용 음극물질인 Ni/YSZ 복합체를 Ni과 YSZ의 기계적합금화에 의해 개발하고 특성을 평가하는 연구가 수행되었다. 제조된 복합체는 밀링 후에도 결정성 Ni과 YSZ로 구성되어 있다. 볼 밀링시 스테아릭산, 에탄올 및 터피놀 같은 볼 밀링 공정제어제들은 복합체의 평균입자 크기에 영향을 주는 것을 확인하였다. 습식 밀링은 건식밀링에 비해 입자가 효과적으로 분쇄되어 평균 입자크기는 줄어들었다. 볼 밀링시 회전수 및 밀링 시간과 같은 공정변수는 Ni/YSZ복합체의 평균 입도를 감소시켰다. 습식 볼 밀링에 의해 제조된 Ni/YSZ 복합체는 건식법에 비해 높은 전기전도도 값을 보여주었다. 또한 Ni함량의 증가는 전극의 전기전도성을 증가시켰다. 열처리 공정 후 전극의 크기변화는 거의 없었지만 전기전도도는 증가시키는 것을 확인하였다. 수소제조 실험에서 제조된 고온수전해용 셀은 800f(x)=\int_{-\infty}^x e^{-t^2}dt에서 수소를 생산하였으며, 고에너지 볼밀링에 의해 제조된 나노크기의 Ni/YSZ 전극은 수소제조 성능을 증가시켰다.

Abstract ▼

At present, hydrogen is mainly produced by the steam reforming of natural gas. This process, however, releases large amounts of carbon dioxide. Therefore, other methods of hydrogen production that do not use fossil fuels and emit less or zero carbon dioxide should be considered. A possible approach

At present, hydrogen is mainly produced by the steam reforming of natural gas. This process, however, releases large amounts of carbon dioxide. Therefore, other methods of hydrogen production that do not use fossil fuels and emit less or zero carbon dioxide should be considered. A possible approach is high-temperature electrolysis (HTE) in which electrical energy is used without the emission of pollutants. In addition, HTE offers the prospect of a high overall energy efficiency. The process is particularly attractive when external heat sources are used (e.g., solar, nuclear, or integrated gasification combined cycle) to promote the splitting of water molecules. The promising level of efficiency and the ability to use external heat sources have generated a great deal of interest in HTE for its application as a hydrogen production system for fuel cells. A nickel and yttria stabilized zirconia composite (Ni/YSZ cermet) is currently the preferred electrode material for HTE or solid oxide fuel cells (SOFC) since i and YSZ are relatively cheap compared to Pt and chemically stable in a H2O/H2 mixture over a wide temperature range. The performance and electrical properties of Ni/YSZ cermet are dependent on the microstructures and distribution of Ni and YSZ particles in the composite. Alternatively, characteristics of the starting powders and fabrication process are important for Ni/YSZ cermet properties.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서초록...3
• 요약문...4
• Summary...6
• 목차...11
• 제1장 연구개발과제의 개요...16
• 제1절 목적 및 필요성 ...16
• 제2절 추진상황 및 내용 ...17
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...18
• 제1절 고온수전해의 이론적 배경 ...18
• 1. 고온수전해의 배경 ...18
• 2. 고온수전해의 원리 및 특성 ...19
• 3. 기술개발 현황 ...21
• 4. 경제성 및 전망 ...26
• 제2절 고온수전해용 셀의 구성재료 ...31
• 1. 음극재료(Cathode) ...32
• 2. 양극재료(Anode) ...34
• 3. 전해질재료(Electrolyte) ...34
• 4. 밀봉재재료(Sealant) ...35
• 제3절 박막코팅법 ...39
• 1. 플라즈마 코팅법(Plasma spraying) ...39
• 2. 전착법(Electrophoretic deposition) ...40
• 3. 담금법(Dipping coating) & 스크린 프린팅(Screen printing) ...41
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...42
• 제1절 기계적합금화법에 의한 전극제조기술 개발 ...42
• 1. 음극용 Ni/YSZ 전극 합성 ...42
• 2. NiO / YSZ 전극의 미세구조 특성 분석...44
• 3. Ni/YSZ 전극의 미세구조 특성 ...51
• 4. Ni함량에 대한 영향 분석...55
• 5. Ni/YSZ 전극의 전기적 특성 분석...57
• 제2절 나노전극 제조기술 개발 ...59
• 1. 나노 전극 합성 ...59
• 2. 전극의 미세구조 특성 향상 ...59
• 가. 밀링 환경에 대한 영향 ...59
• 나. 밀링 공정변수의 영향 ...62
• 제3절 단전지 제조기술 개발 ...67
• 1. 코팅용 페이스트 제조 ...67
• 2. 단전지 제조 ...67
• 제4절 수소제조 특성 평가 ...72
• 1. 고온수전해에 의한 수소 제조 ...72
• 2. 성능 평가 ...74
• 제5절 결론 ...78
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...79
• 제5장 연구개발결과의 활용 계획 ...80
• 제6장 참고문헌 ...81