초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
1) 나노튜브 구조의 20nm 벽 두께를 갖는 고체 산화물 전해질 제작 : 나노스케일의 초박막 전해질을 적용하여 저온에서의 높은 이온 전도도를 확보하고, 나노튜브 구조를 도입하여 표면 반응 및 물질전달의 한계를 극복할 수 있는 μ-SOFC 제작.
2) 다공성 나노 와이어 전극/나노튜브 전해질 – 코어/셀 구조 제작 : 튜브 내부에서의 충분한 3상 계면 확보를 위한 다공성 나노 와이어 전극 구조 도입.
3) 양극 산화 알루미늄 지지체 구조 : 부분 식각 공정을 도입하여 AAO template를

□ 연구의 목적 및 내용
1) 나노튜브 구조의 20nm 벽 두께를 갖는 고체 산화물 전해질 제작 : 나노스케일의 초박막 전해질을 적용하여 저온에서의 높은 이온 전도도를 확보하고, 나노튜브 구조를 도입하여 표면 반응 및 물질전달의 한계를 극복할 수 있는 μ-SOFC 제작.
2) 다공성 나노 와이어 전극/나노튜브 전해질 – 코어/셀 구조 제작 : 튜브 내부에서의 충분한 3상 계면 확보를 위한 다공성 나노 와이어 전극 구조 도입.
3) 양극 산화 알루미늄 지지체 구조 : 부분 식각 공정을 도입하여 AAO template를 전해질-전극 지지체로서 활용하고, 그를 통한 대면적 μ-SOFC 제작기술 확보.

□ 연구결과
원자층 증착법을 통한 나노튜브 어레이 형태의 고체 전해질 제작
- 지르코니아(ZrO2) & 이트리아(Y₂O₃) 나노튜브 제작 공정 조건 확립
- YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) 나노튜브 제작
- 단일 YSZ 나노튜브의 전기화학 특성 분석
다공성 전극 제작 및 후처리 공정 확립
-다공성 백금(Pt) 전극 제작 : Sol-Gel Method
-다공성 니켈(Ni) 나노와이어 제작 : 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition)
-다공성 니켈 나노와이어의 환원 조건 열처리를 통한 표면 개질과 기공 구조 개선
-다공성 백금(Pt) 나노와이어 제작 : De-alloying Method
나노튜브 어레이 형태의 마이크로 고체산화물 연료전지 제작
- 정렬된 양극산화 알루미늄 템플레이트를 지지체로 사용한 μ-SOFC 제작
- 나노튜브 어레이 형태의 μ-SOFC의 작동 조건에서의 전기화학 특성 분석 대체 다공성 산화물 전극 연구
-다층 전해질/전극 구조 구현을 위한 단일 챔버 멀티 소스 ALD 공정 기반 확보

□ 연구결과의 활용계획
고체산화물 연료전지는 가까운 미래에 마주하게 될 수소 경제 기반 에너지 그리드 시스템과 분산 발전 개념의 달성에 가장 핵심적인 역할을 담당하게 될 기술이며 본 연구 결과 확보된 나노튜브 구조의 초박막 전해질과 다공성 나노와이어 전극 기술은, 저온 작동 가능한 고효율 μ-SOFC의 상업화에 핵심적인 기술이 될 것으로 보인다.
이에 고체 산화물 연료전지의 상업화를 위한 전반적인 기술적 성숙을 주도하고, 구조 개선을 통한 효율 증대뿐만이 아닌, 새로운 복합재료의 개발을 위해 실질적으로 기반 기술의 방향을 결정하게 될 기업 차원에서의 공동 연구를 통해 머지 않은 기술적 전환점에서 유리한 위치를 선점할 수 있도록 끊임없는 노력을 기울일 것이다.
(출처:요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
1) Fabrication of Solid Oxide Electrolyte with 20nm thickness : By adopting nanoscale ultrathin solid electrolyte and nanotubular structure, μ-SOFC with high ionic conductivity under relatively low temperature and with reduced activation loss will be fabricated.
2) Porous n

□ Purpose& contents
1) Fabrication of Solid Oxide Electrolyte with 20nm thickness : By adopting nanoscale ultrathin solid electrolyte and nanotubular structure, μ-SOFC with high ionic conductivity under relatively low temperature and with reduced activation loss will be fabricated.
2) Porous nanowire electrode & Nanotube electrolyte – Core/Shell Structure: To obtain large enough triple phase boundary area, porous nanowire electrode will be inserted inside the nanotube electrolyte
3) Anodic Aluminum Oxide as Supporting structure : Using partial etching method, AAO will be used as supporter to accomplish μ-SOFC having larger cell area.

□ Result
Solid electrolyte Fabrication by Atomic Layer Deposition Technique
- Establishment of Zirconia & Yttria nanotube fabrication process
- Fabrication of YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) nanotube
- Electrochemical analysis of single YSZ nanotube
Fabrication of Porous Electrolyte & Establishment of Post Heat treatment Process
- Porous Platinum(Pt) electrode fabrication : Sol-Gel Method
- Porous Nickel(Ni) nanowire electrode fabrication : Atomic Layer Deposition
- Establishment of the process under reduction condition for the improvement of pore structure and removal of oxide layer of Porous Nickel nanowire
- Porous Platinum(Ni) nanowire electrode fabrication : De-Alloying Method
Fabrication of μ-SOFC with the structure of Nanotube array
- fabrication of μ-SOFC cell with aligned AAO template as a supporting material
- Electrochemical analysis of μ-SOFC with the structure of nanotube array
Study of Alternative porous oxide electrode
- Establishment of Single-chamber multi-source ALD system for the Process of the Multi-layered porous electrode/electrolyte material fabrication.

□ Expected Contribution
Solid Oxide Fuel Cell will be the core technology for the distributed generation system under Hydrogen-based energy grid system that would serve as a energy supplier which can cover the broad ranges of applications.
The results of this project, the fabrication methods of various kinds of porous nanowire electrode materials and ultrathin, nanotube-shaped electrolyte can be the main help for the commercialization of highly efficient low-temperature μ-SOFC.
For the purpose of obtaining technical predominance in this field, we will consistently go further with collaborative, strategic effort with related companies
(출처:SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 34 5. 연구결과의 활용계획 ... 37 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 38 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 39 8. 참고문헌 ... 39 9. 연구성과 ... 40 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 43 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 43 12. 기타사항 ... 43별첨1 ... 44별첨2 ... 59끝페이지 ... 67