초록 ▼

연구의 목적 및 내용:
○ 본 과제에서는 “박막공정 기반 SOFC용 나노이종복합체 공기극의 임계성능 획득”을 최종목표로 설정하여 다음과 같은 세부목표를 설정함.
- 나노이종복합체 적용 박막 SOFC의 저온작동 임계성능 획득: 0.5 W/㎠ @ 500℃
- 나노이종복합체 적용 박막 SOFC의 열기계적 안정성: 열싸이클 50회 이상
- 나노이종복합체 공기극의 장기 안정성: 열화율 1%/100시간 이하
○ 이를 위해 각 연구년차에 아래와 같은 연구를 수행함
- 1차년: 나노이종복합체 공기극의 최적화 및

연구의 목적 및 내용:
○ 본 과제에서는 “박막공정 기반 SOFC용 나노이종복합체 공기극의 임계성능 획득”을 최종목표로 설정하여 다음과 같은 세부목표를 설정함.
- 나노이종복합체 적용 박막 SOFC의 저온작동 임계성능 획득: 0.5 W/㎠ @ 500℃
- 나노이종복합체 적용 박막 SOFC의 열기계적 안정성: 열싸이클 50회 이상
- 나노이종복합체 공기극의 장기 안정성: 열화율 1%/100시간 이하
○ 이를 위해 각 연구년차에 아래와 같은 연구를 수행함
- 1차년: 나노이종복합체 공기극의 최적화 및 평가기술 구축
- 2차년: 나노이종복합체 공기극 최적 구성 연구 및 나노이종복합체 효과 확인
- 3차년:　나노이종복합체 공기극을 이용한 SOFC 저온 임계성능과 신뢰성 획득

연구결과:
○ 1차년
- 공기극-전해질 최적 소재 및 조성비 탐색
- 나노이종복합체 박막증착 공정 변수에 따른 미세구조 제어기술 확보
- 나노이종복합체 공기극의 구조적․전기화학적 물성평가 기술 구축
○ 2차년
- 단일층 소재․조성․구조 제어기술 확보에 기반한 최적 다층구조 설계
- 계면 결함 억제 및 계면 강도 강화
- 나노이종복합체 공기극 반응기구 연구
- 후막전해질 SOFC에서의 나노이종복합체 효과 확인 및 고온 구조 안정성 boundary condition 설정
○ 3차년
- 박막 전해질 SOFC에 나노이종복합체 경사구조 공기극 구성
- 셀 성능 0.5 W/㎠ at 500℃, 열싸이클 > 50회 성능지표 달성
- 100시간동안 약 0.8% 열화율 확보

연구결과의 활용계획:
○ 본 연구기술을 반영한 나노복합체 공기극이 적용된 SOFC는 저온에서 고성능을 낼 수 있으므로 사용될 수 있는 물질의 제약이 적고, 고온에서 일어나는 반응과 열화 등의 문제를 피할 수 있으므로 뛰어난 경제성과 신뢰성을 획득할 수 있을 것으로 기대함.
○ 향후, 나노복합체 이온공학의 체계적이고 원천적인 학문적 연구와, 상용성-범용성이 있는 박막공정을 이용한 성능 재현 및 공정 신뢰성을 확보하여 상용화가 가능한 대면적, 대용량의 소자 제작 기술을 확보할 실용적 연구, 두 축의 추가 연구의 필요성이 있음

Abstract ▼

Purpose & contents:
○ The ultimate goal of the project is “Realizing the critical performance of the thin-film-base nano-composite cathode of solid oxide fuel cells (SOFCs)”.
○ For confirmation of the achievement, the following targets were set:
- Cell peak power density: 0.5 W/㎠ at 500℃

Purpose & contents:
○ The ultimate goal of the project is “Realizing the critical performance of the thin-film-base nano-composite cathode of solid oxide fuel cells (SOFCs)”.
○ For confirmation of the achievement, the following targets were set:
- Cell peak power density: 0.5 W/㎠ at 500℃
- Thermo-mechanical stability: 50 times of thermal cycling
- Long-term stability: Degradation less than 1%/100 hrs

Result:
○ Year 1
- Optimization of the materials and composition of the cathode and electrolyte
- Microstructure control by tuning the thin film deposition condition
- Characterization methodology of the nano-composite
○ Year 2
- Designing the optical multilayer structure
- Suppressing the interface defects and enhancing the interface strength
- Studying the electrode reaction mechanism
- Investigation of the nano-composite effect on the thick-electrolyte SOFC
○ Year 3
- Building the thin-film SOFC with the gradient-structure thin-film nano-composite cathode
- 0.5 W/㎠ at 500℃, 50 times of thermal cycling achieved
- Degradation ~0.8 %/100 hrs obtained

Expected Contribution:
○ We obtained the core technology for the low-temperature operating SOFC, hence the results of the current project will contribute to improve the reliability and cost-effectiveness of the current SOFC technology.
○ Future research efforts related to the systematic and fundamental study of the nano-composite ionics and the practical engineering employing general and economical thin-film technology for large-area, high-capacity SOFCs will be required.