초록 ▼

최종목표:
○ 전해질, 공기극 및 연료극의 핵심원료인 YSZ, LSM,LSCF과 NiO의 합성기술개발 및 양산체계 구축
○ 복합분말(LSM/YSZ) 합성기술 개발 및 양산체계 구축
○ 2차소재(페이스트) 제조기술 개발 및 양산체계 구축
○ 밀봉재 원료분말 제조기술 개발 및 양산체계 구축
○ 평가체계 구축 및 단전지 적용 평가를 통한 소재 성능 평가 및 소재 격의 표준화 확립
○ 전극/전해질 계면 열화규명 및 열화개선 체계 구축
○ 1,000㎠급 대면적 평판형 단전지 제조․양산기술 개발
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최종목표:
○ 전해질, 공기극 및 연료극의 핵심원료인 YSZ, LSM,LSCF과 NiO의 합성기술개발 및 양산체계 구축
○ 복합분말(LSM/YSZ) 합성기술 개발 및 양산체계 구축
○ 2차소재(페이스트) 제조기술 개발 및 양산체계 구축
○ 밀봉재 원료분말 제조기술 개발 및 양산체계 구축
○ 평가체계 구축 및 단전지 적용 평가를 통한 소재 성능 평가 및 소재 격의 표준화 확립
○ 전극/전해질 계면 열화규명 및 열화개선 체계 구축
○ 1,000㎠급 대면적 평판형 단전지 제조․양산기술 개발
○ 단전지 국산화율 100% 달성
○ 단전지 장기신뢰성 평가를 위한 가속실험 체계 구축
○ 대면적 단전지 장기안정성 평가
○ 단전지 열화기구 규명 및 신뢰성 향상
개발내용 및 결과:
○ 개발기술
- NiO 및 8mol YSZ:수열합성법
- LSM와 LSCF:Sol-Gel 방법
- GNP법을 이용한 LSM/YSZ 제조 기술개발 및 양산체계 구축
- 전극, 전해질, 기능층의 조건에 맞는 페이스트 점도 기술 개발
- 밀봉재 원료분말을 개발 및 양산화 구축
- Compression Molding공법을 적용한 400~700㎠ 단전지 개발
- Tape Casting공법을 적용한 400~1,000㎠ 단전지 개발
- 단전지 및 숏스택 평가 표준안 도출 및 평가 체계 구축
○ 제품에 대한 기술적인 원리
- 대면적 SOFC 단전지는 연료극, 전해질, 공기극, 기능층 등 세라믹 소재의 다층 구조로 고온 소결 시 수축거동에 대한 제어 요구
- 특히, 400㎠ 면적 이상의 대면적의 경우 소결 수축거동 제어가 핵심 기술임
- 소결 수축거동 제어를 위해 단전지 제조 시 조성설계 (원료분말 및 바인더 배합비 조절) 및 공정설계(스크린인쇄 및 가·공소결온도 조절)를 통해 단전지 제조공정 최적화
○ 연구내용
- Compression Molding법에 의한 단전지 제조기술 개발
· 슬러리 제조 기술 개발 및 최적화 (Ball milling)
· 과립 제조 기술 개발 및 최적화 (Spray drying process, 열분무 건조법을 적용한 공정)
· 연료극 지지체 성형 기술 개발 및 최적화(Compression Molding)
· 전해질, 공기극, 기능층 도포 기술 개발 및 최적화(Screen Printing)
· 소결 기술 개발: 소결온도, 소결시간 최적화
- Tape Casting법에 의한 단전지 제조기술 개발
· 슬러리 제조 기술 개발 및 최적화 (Ball milling)
· 연료극 지지체 성형 기술 개발 및 최적화(Tape Casting)
· 연료극, 전해질 접합 기술 개발 및 최적화(WIP, lamination)
· 공기극, 기능층 도포 기술 개발 및 최적화(Screen printing)
∙ 소결 기술 개발: 소결온도, 소결시간 최적화
- 대면적 단전지 검수 표준 확립
∙ 대면적 단전지의 camber 측정 및 전해질 결함 검사 방법
∙ 평가표준서 확립: 단전지/숏스택 평가 data base 분석 및 표준화 CTQ 도출
- 대면적 단전지 성능평가 표준화
∙ 평가 실행계획서 작성을 통한 평가 표준안 확립 및 평가체계 구축
∙ 대면적 단전지 평가를 통한 성능 열화기구 규명
∙ 가속수명 평가체계 구축 (표준조건 vs. 과전류조건)
기술개발 배경:
○ SOFC용 소재/부품 기술의 중요성
- SOFC 시스템의 가격 경쟁력 제고를 위해 원료분말, 2차 소재, 단전지 등 소재/부품 양산기술 국산화 및 국내 supply-chain 구축이 중요함
- 핵심 소재/부품 공급 체계 구축을 통해 스택/시스템 조기 상용화 및 기술 경쟁력 강화
- 단전지 구성 부품인 세라믹 소재는 고온 소결시 20% 수준의 수축을 수반하고 공정결함에 민감하여 재료 및 공정 정합성 향상을 통한 소재부품의 구조적 신뢰성 향상이 중요함
○ SOFC용 소재/부품 기술의 중요성
- 원료분말 및 단전지 제조 기술 등 SOFC용 핵심기술에 대한 독자적 기술 확보
- 재료 및 공정 정합성을 요구하는 SOFC 단전지의 제조 공정 윈도우를 확대하여 수율개선에 기여
- 안정적인 국내 supply-chain 구축으로 제품 원가 절감 및 관련 기업 육성 가능
핵심개발 기술의 의의:
○ SOFC 발전 시스템은 미래 에너지기술 개발의 초점이 되고 있지만, 핵심부품이자 취성부품인 단전지의 신뢰성과 경제성 확보가 상용화를 결정하는 핵심요인임
○ SOFC 단전지는 연료극, 전해질, 공기극, 기능층 등 여러 세라믹 소재의 복층 구조로 구성되어 있으며, 세라믹 소재의 특성상 양산 기술의 개발이 어려운 특성을 가지고 있음
적용 분야:
○ SOFC 스택, 시스템
○ SOEC 시스템

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 18
• 목차 ... 29
• 제 1 장 서론 ... 31
• 제 1 절 과제의 개요 ... 31
• 제 2 절 국내.외 기술 개발 현황 ... 34
• 제 3 절 파급 효과 ... 55
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 61
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 61
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 64
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 68
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 79
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 83
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 83
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 314
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 323
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 334
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 335
• 끝페이지 ... 335