초록 ▼

○ 본 과제에서는 protonics 기반 “한계돌파형‘ 세라믹 연료전지(PCFC)의 핵심 소재·공정 및 고기능성 단전지 기술 개발을 목표로 전해질의 소결도, 전기전도도 및 화학적 안정성 향상, 양극의 반응기구 규명 및 전극 활성 향상, 고기능성 단전지 제조 공정 확립 등을 위한 연구를 진행함.
○ 바륨 휘발 억제방법 도출 및 소결조제 도입을 통하여 전해질의 고온 소결로 인한 바륨 휘발 및 이차상 형성 문제를 효과적으로 해결함.
○ 이중층 전해질 공정을 개발하여 획기적으로 낮은 소결 온도에서 치밀한 전해질을 제조함.

○ 본 과제에서는 protonics 기반 “한계돌파형‘ 세라믹 연료전지(PCFC)의 핵심 소재·공정 및 고기능성 단전지 기술 개발을 목표로 전해질의 소결도, 전기전도도 및 화학적 안정성 향상, 양극의 반응기구 규명 및 전극 활성 향상, 고기능성 단전지 제조 공정 확립 등을 위한 연구를 진행함.
○ 바륨 휘발 억제방법 도출 및 소결조제 도입을 통하여 전해질의 고온 소결로 인한 바륨 휘발 및 이차상 형성 문제를 효과적으로 해결함.
○ 이중층 전해질 공정을 개발하여 획기적으로 낮은 소결 온도에서 치밀한 전해질을 제조함.
○ 다양한 양극 물질의 전기적·전기화학적 특성 및 안정성 평가를 통하여 반응기구를 이해하고 성능 열화 원인을 파악하였으며 최적 소재를 도출함.
○ 이중층 전해질 및 고활성 양극소재를 기반으로 고성능단전지를 제조 및 평가함.

Abstract ▼

III. Results and Discussion
In this project, the research has been focused on enhancing the sinterability, electrical conductivity and chemical stability, understanding the electrode reaction mechanisms and improving the catalytic activity, and developing the fabrication techniques for high perfo

III. Results and Discussion
In this project, the research has been focused on enhancing the sinterability, electrical conductivity and chemical stability, understanding the electrode reaction mechanisms and improving the catalytic activity, and developing the fabrication techniques for high performance PCFCs. In electrolyte development, we explored various candidate materials such as BZY, BCY, and BZCY and optimized the electrical, electrochemical and thermo-mechanical properties. In case of BZY electrolyte, the high sintering temperature causes various problems related to the evaporation of Ba and segregation of secondary phases. In this research, techniques were developed to suppress Ba evaporation and sintering aids were employed to lower the sintering temperature and overcome the challenges related to high sintering temperatures. We developed the bi-layer electrolyte composed of BZY and BCY. BZY, which has good stability in reducing atmosphere, was used on the anode side and BCY, which possesses high performance, was employed on the cathode side. In such case, BZY experiences compressive stress during sintering, which facilitate densification and significantly lowers the sintering temperatures.
BZCY electrolyte was developed to utilize the combined advantages of BZY in stability and BCY in performance. In electrode development, various materials and manufacturing techniques were evaluated, and a number of analysis techniques were developed to calrify the reaction mechanisms. The activity and stability of the electrodes were investigated using electrical conductivity relaxation, impedance spectroscopy, SIMS, in-situ XAS, and TGA, and the reaction mechanism of proton and electrode materials via kinetics studies. Based on this information, optimized composite cathode was selected. Using the knowledge obtained on the electrode and electrolyte, high performance PCFC was fabticated, and we obtained the maximum power density of 245 mW/cm² at 650℃.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 10
• 목 차 ... 11
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 12
• 제 1 절 연구개발의 경제적·산업적 중요성 ... 12
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 13
• 제 3 절 연구개발의 목표 및 내용 ... 16
• 제 2 장 국내외 기술 개발 현황 ... 19
• 제 1 절 해외 기술 개발 현황 ... 19
• 제 2 절 국내 연구개발 현황 ... 28
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 31
• 제 1 절 고온 소결에 따른 전해질에서 바륨 휘발 방지 방법 ... 31
• 제 2 절 전해질 이 중층 구조의 반 전지 제작 및 성능 평가 ... 36
• 제 3 절 화학적 안정성 및 성능 확보를 위한 신규 프로톤 전해질 탐구 ... 39
• 제 4 절 전기 전도도 감쇄법을 이용한 LSCF 전극 평가 ... 43
• 제 5 절 Screening of electrode materials ... 44
• 제 6 절 Model electrode approach to reaction kinetics of LSC on SZY ... 49
• 제 7 절 Isotope exchange / SIMS analysis ... 55
• 제 8 절 In –situ XAS analysis ... 59
• 제 9 절 프로톤 전도성 세라믹 연료전지 (PCFC) 양극소재 및 코팅기술 개발 ... 61
• 제 4 장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 83
• 제 1 절 목표 달성도 ... 83
• 제 2 절 관련분야에의 기여도 ... 84
• 제 5 장 연구개발결과의 활용 계획 ... 85
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 87
• 제 7 장 연구시설ㆍ장비 현황 ... 88
• 제 8 장 참고문헌 ... 89
• 끝페이지 ... 90