[보고서]탄소 및 황 피독 저항성 차세대 SOFC 세라믹 연료극 개발

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탄소 및 황 피독 저항성 차세대 SOFC 세라믹 연료극 개발
Carbon- and sulfur-tolerant ceramic fuel electrode development for next generation SOFCs 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국과학기술연구원 Korea Institute Of Science and Technology
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2013-01
과제시작연도	2012
주관부처	미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
과제관리전문기관	한국과학기술연구원 Korea Institute Of Science and Technology
등록번호	TRKO201400005638
과제고유번호	1345197076
사업명	한국과학기술연구원연구운영비지원
DB 구축일자	2014-08-28

초록

Ⅳ. 연구개발결과
○ Glycine-Nitrate Process에 기반한 LSCM-GDC 복합 나노 분말 합성 기술 개발
○ 반전지 측정을 통한 세라믹 연료극의 전기화학적 특성 평가
○ 임피던스 분석에 기반한 전극 반응기구 규명
○ Ru infiltration에 의한 촉매 활성 확보
○ 단전지 평가 및 850℃에서 200 mW/㎠의 출력 특성 확인
○ CH₄ 연료 운전 시 안정성 확보

Abstract ▼

One of the practical advantages of solid oxide fuel cell (SOFC) is the utilization of readily available fuels such as natural gas. SOFC anodes at the fuel side therefore need to have the catalytic activity for the various fuel oxidation reactions, the high electronic and ionic conductivities as well as the chemical and mechanical compatibilities with electrolytes. The generally used Ni-YSZ cermet anode cannot keep its electrochemical activity through the long term operation and repeated redox cycling in hydrocarbon fuels, due to the contamination of the reaction site with carbon or sulfur and the decrease of reaction area by severe volume change of nickel. Therefore, as a promising alternate of Ni-based cermet anode, (La,Sr)(Cr,Mn)O₃-(Ce,Gd)O₂ (LSCM-GDC) composite oxide anode has been extensively studied and applied to the YSZ-based SOFCs.
In this study, the LSCM-GDC composite oxide powder was fabricated by modified glycine-nitrate process (GNP), and applied to the YSZ- supported half-cell with symmetric geometry. The half-cell performance was characterized by impedance analysis under various gas conditions in a single-chamber setup. The YSZ- supported button-cell with the LSCM-GDC composite oxide anode was also fabricated and its electrochemical and power generating capability were characterized under wet H₂ and CH₄ fuel conditions. Ruthenium infiltrated LSCM-GDC composite oxide anode was found to improve both half-cell and button-cell performance due to the enhancement of its catalytic activity.

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 2
요약문 ... 3
SUMMARY ... 5
CONTENTS ... 6
목차 ... 7
제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 8
제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 9
제 1 절 국외 기술 개발 현황 ... 9
제 2 절 국내 기술 개발 현황 ... 13
제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 15
제 1 절 서론 ... 15
제 2 절 실험 방법 ... 16
제 3 절 결과 및 고찰 ... 21
제 4 절 결론 ... 59
제 5 절 참고문헌 ... 59
제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 62
제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 64
끝페이지 ... 65

표/그림 (35)

표 탄화수소계 연료용 SOFC 연료극 및 촉매 개발 현황
표 세계 최고 기술수준 연구소, 기업 및 대학 현황
표 Powder synthesis flow chart
표 Half cell performance measurement set-up
표 Impedance spectra of half-cell in dry hydrogen (a) using gold mesh and (b) using Pt mesh as a current collector
표 Button-cell test set-up
$X-ray diffraction patterns of LSCM (a) G/N ratio=0.4 and (b) G/N ratio=0.55$ 표 X-ray diffraction patterns of LSCM (a) G/N ratio=0.4 and (b) G/N ratio=0.55
$X-ray diffraction pattern of LSCM-GDC$ 표 X-ray diffraction pattern of LSCM-GDC
표 SEM microstructures of LSCM-GDC powders
표 (a) TEM microstructure image of LSCM-GDC powder and (b) EDX result of the area 1 inside the particle image.
표 H2-TPR of (a) La0.75Sr0.25CryMn1-yO3 (y=0-0.6) powder [44]
표 H2-TPR of (a) GDC powder [45] and (b) LSCM single powder and LSCM-GDC composite powders
표 Dilatometer results for LSCM-GDC composite
$X-ray diffraction pattern of LSCM-GDC composite anode on 10.8mol% YSZ substrate$ 표 X-ray diffraction pattern of LSCM-GDC composite anode on 10.8mol% YSZ substrate
표 BSE microstructure images of LSCM-GDC composite (a) 1100oC (b) 1200oC and (c) 1250oC
표 TGA and DSC data of LSCM-GDC with Ru.
표 SEM micrographs of LSCM-GDC with Ru after heat treatment (a) surface, (b) cross-section of bottom and (c) cross-section of middle. (d) EPMA result at the indicated region in (a).
표 Equivalent circuit used for impedance analysis.
표 Impedance curves of sintered at 1100oC, 1200oC and 1250oC in wet hydrogen (a) tested at 850oC and (b) tested at 800oC.
표 SEM images after half-cell tests (a) sintered at 1100oC, (b) 1200oC and (c) 1250oC.
표 Arrhenius plot for 8mol% YSZ and Rs elements of half-cells.
표 (a) Nyquist plot and (b) Bode plot of LSCM-GDC anode in dry hydrogen.
표 (a) Arrhenius plot for different circuit elements in dry hydrogen and (b) Impedance response varied for hydrogen concentrations ranging from 10% to 100% at 80 0℃.
표 (a) Nyquist plot and (b) Bode plot of LSCM-GDC anode in wet hydrogen.
표 Arrhenius plot for different circuit elements in wet hydrogen.
표 (a) Nyquist plot and (b) Bode plot of LSCM-GDC anode in wet methane.
표 Bode plot of the LSCM-GDC anode; comparison wet hydrogen and wet methane.
표 (a) Nyquist plot and (b) Bode plot of LSCM-GDC anode in dry methane.
표 SEM images of LSCM-GDC composite (a) after exposure to dry methane and (b) after exposure to wet methane.
표 (a) Nyquist plot of the LSCM-GDC with ruthenium in wet hydrogen and (b) Bode plot of LSCM-GDC with ruthenium or without ruthenium in wet hydrogen at 800oC.
표 (a) Nyquist plot of the LSCM-GDC with ruthenium in wet methane and (b) Bode plot of LSCM-GDC with ruthenium or without ruthenium in wet methane at 800oC.
표 (a) Power densities and I-V characteristics and (b) impedance spectra of the electrolyte-supported button-cell with LSCM-GDC in wet hydrogen (BC1).
표 (a) Power densities and I-V characteristics and (b) impedance spectra of the electrolyte-supported button-cell with optimized LSCM-GDC in wet hydrogen (BC2).
표 SEM images of the surface and cross-section after testing (a) BC1 and (b) BC2.
표 SEM images of LSCM-GDC with ruthenium (BC3) after cell test.

연구자의 다른 보고서 :

참고문헌 (25)

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