초록 ▼

○ 본 과제의 최종 목표는 protonics 기반 “한계돌파형' 세라믹 연료전지(PCFC)의 핵심 기술 개발이며 이를 위하여 주관기관에서는 소재, 공정 및 단전지 기술, 1세부기관은 다종수송현상 규명, 2세부기관은 나노박막공정, 3세부기관은 신규 전해질소재 개발에 대한 연구를 수행함.
○ 주관기관은 소결조제 도입 및 이중층 전해질 공정 개발을 통하여 전해질 소결온도를 획기적으로 낮추고 고활성 양극 소재를 도출하여 고성능 단전지를 제조 및 평가함.
○ 1세부기관은 다종수송현상의 직접적인 모니터를 위하여 고온 van de

○ 본 과제의 최종 목표는 protonics 기반 “한계돌파형' 세라믹 연료전지(PCFC)의 핵심 기술 개발이며 이를 위하여 주관기관에서는 소재, 공정 및 단전지 기술, 1세부기관은 다종수송현상 규명, 2세부기관은 나노박막공정, 3세부기관은 신규 전해질소재 개발에 대한 연구를 수행함.
○ 주관기관은 소결조제 도입 및 이중층 전해질 공정 개발을 통하여 전해질 소결온도를 획기적으로 낮추고 고활성 양극 소재를 도출하여 고성능 단전지를 제조 및 평가함.
○ 1세부기관은 다종수송현상의 직접적인 모니터를 위하여 고온 van der Pauw법과 AC 모니터링법을 개발하고 전산모사로 도펀트의 입계효과에 대한 원자적계산을 진행함.
○ 2세부기관은 BZY, BCY, BZCY의 박막제조 기법을 확보하고 각각의 물질에 따른 박막 및 플랫폼의 특성분석을 완료함.
○ 3세부기관은 co-ionic composite으로 소결도와 전도도 특성을 개선하고 phosphate 계열 프로톤 전도성 신소재를 개발함.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

IV.Results and Discussion
○ Hub
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 h

IV.Results and Discussion
○ Hub
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. 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. Using the knowledge obtained on the electrode and electrolyte, high performance PCFC was fabticated, and we obtained the maximum power density of 245 mW/㎠ at 650℃.

○ Spoke 1
It is shown that a parallel network of two resistor elements, R1 and R2, where the R1 resistor rail is selectively blocked, can describe the impedance response of the protonic ceramic conductors more appropriately. The new electrical modeling for ceramic proton conductors has been applied to various yttrium-doped barium zirconates (BZY) at temperatures below 500K where interaction with the gas phase is assumed to be negligible. A high temperature van der Pauw method has been developed and applied to dense BZY disks prepared by NiO-reactive sintering. The characterization method developed in the present study can evaluate the electrical properties of Mn and Ni doped samples to provide more insight into the dopant effects.

○ Spoke 2
Thin-film deposition technology was developed and 300nm or less BZY, BCY and BCZY thin film process was optimized using ALD, PLD techniques. Thin-film electrode was developed and 300nm or less metal and ceramic electrodes were optimized using PLD, ALD techniques. Protonic ceramic fuel cell platform was developed and anode support and freestanding micro-solid oxide fuel cell platforms were adjusted to be used for PCFCs. On the basis of close cooperation with Hanyang University, commissioned by agency and KIST is the central agency in the execution of this research, manufacturing technology of the sintered body and synthesis of the powder, and the development of anode support type of fuel cell platform was developed successfully.

○ Spoke 3
Synthesis techniques for nano-powders were developed and sintering aids were selected in order to resolve the problems related to the poor sinterability of BZY electrolyte. Multi-phase co-ionic conductors were developed to improve the proton conductivity, and it was confirmed that the conductivity increases as the amount of carbonate increases. A number of cerium pyrophosphate-based electrolytes (Ce₁_-xM_xP₂O₇, M = Mg, Ca, Sr and Ba; x = 0.05, 0.1 or 0.2) are synthesized by digesting appropriate precursors with phosphoric acid.

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• Protonics 기반 “한계돌파형” 세라믹 연료전지 (PCFC) 핵심 기술 개발 ... 2
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 15
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 16
• 제1절 연구개발의 경제적·산업적 중요성 ... 16
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 17
• 제3절 연구개발의 목표 및 내용 ... 21
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 29
• 제1절 해외 기술 개발 현황 ... 29
• 제2절 국내 연구개발 현황 ... 38
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 41
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 42
• 제1절 목표 달성도 ... 42
• 제2절 관련분야에의 기여도 ... 47
• 제5장 연구개발결과의 활용 계획 ... 48
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 50
• 제7장 연구시설·장비 현황 ... 51
• 제8장 참고문헌 ... 57
• Protonics 기반 〃한계돌파 형〃세라믹 연료전지 (PCFC) 핵심 소재·공정 및 고기능성 단전지 기술 개발〃) ... 60
• 제 출 문 ... 60
• 보고서 요약서 ... 62
• 요 약 문 ... 63
• SUMMARY ... 66
• CONTENTS ... 69
• 목차 ... 70
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 71
• 제1절 연구개발의 경제적·산업적 중요성 ... 71
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 72
• 제3절 연구개발의 목표 및 내용 ... 76
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 79
• 제1절 해외 기술 개발 현황 ... 79
• 제2절 국내 연구개발 현황 ... 88
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 91
• 제1절 고온 소결에 따른 전해질에서 Ba 휘발 방지 방법 ... 91
• 제2절 전해질 이중층 구조의 반전지 제작 및 성능 평가 ... 96
• 제3절 화학적 안정성 및 성능 확보를 위한 신규 프로톤 전해질 탐구 ... 99
• 제4절 전기 전도도 감쇄법을 이용한 LSCF 전극 평가 ... 103
• 제5절 양극 반응기구 해석을 위한 전극 소재 선정 ... 105
• 제6절 SZY-LSC 전극 반응속도론 이해를 위한 모델 실험 기법 개발 ... 110
• 제7절 동위원소 교환 실험 및 SIMS 분석 ... 116
• 제8절 In - situ XAS 분석 ... 120
• 제9절 프로톤 전도성 세라믹 연료전지 (PCFC) 양극소재 및 코팅기술 개발 ... 122
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 144
• 제1절 목표 달성도 ... 144
• 제2절 관련분야에의 기여도 ... 145
• 제5장 연구개발결과의 활용 계획 ... 146
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 148
• 제7장 연구시설·장비 현황 ... 149
• 제8장 참고문헌 ... 150
• 프로톤전도성 세라믹의 다종수송현상: 실험 및 전산모사 ... 154
• 제 출 문 ... 154
• 보고서 요약서 ... 155
• 요 약 문 ... 156
• SUMMARY ... 163
• CONTENTS ... 171
• 목차 ... 172
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 173
• 제1절 연구목표 ... 173
• 제2절 연구개발대상의 필요성 ... 174
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 175
• 제1절 입계임피던스 ... 175
• 제2절 다종수송현상 ... 176
• 제3절 전산모사 ... 181
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 182
• 제1절 프로톤전도성 세라믹의 다종수송현상: 실험 ... 182
• 제2절 프로톤전도성 세라믹의 다종수송현상: 전산모사 ... 205
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 220
• 제1절 목표달성도 ... 220
• 제2절 관련분야에의 기여도 ... 221
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 223
• 제1절 연구개발결과의 활용방안 ... 223
• 제2절 기대성과 ... 223
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 225
• 제1절 학계 및 학회 동향 ... 225
• 제2절 연구분야 관련 해외 연구자 및 연구 정보 ... 225
• 제7장 연구시설 및 장비현황 ... 227
• 제8장 참고문헌 ... 229
• 프로톤 전도성 세라믹 다층 하이브리드 나노 박막 공정 개발 ... 233
• 제 출 문 ... 233
• 보고서 요약서 ... 234
• 요 약 문 ... 235
• SUMMARY ... 237
• CONTENTS ... 240
• 목차 ... 241
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 242
• 1절 연구개발의 목표 ... 242
• 2절 연구개발 추진 계획 ... 246
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 248
• 1절 국내외 관련분야의 환경변화 ... 248
• 2절 국내·외 시장 현황 ... 250
• 3절 국내·외 지식재산권 현황 ... 252
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 255
• 1절 연구개발 수행 내용 ... 255
• 2절 연구개발 결과 ... 262
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 293
• 1절 목표달성도 ... 293
• 2절 관련분야에의 기여도 ... 293
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 295
• 1절 연구결과의 활용방안 ... 295
• 2절 연구 후 기대성과 ... 295
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보 ... 297
• 1절 해외과학 기술 정보 ... 297
• 제7장 연구시설·장비 현황 ... 303
• 제8장 참고문헌 ... 304
• 한계돌파형 슈퍼프로톤전도성 전해질 신규소재개발 ... 308
• 제 출 문 ... 308
• 보고서 요약서 ... 309
• 요 약 문 ... 310
• SUMMARY ... 314
• CONTENTS ... 318
• 목차 ... 320
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 322
• 제1절 연구 개발의 경제적·산업적 중요성 ... 322
• 제2절 연구 개발의 필요성 ... 324
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 327
• 제1절 국외 현황 ... 327
• 제2절 국내 현황 ... 331
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 335
• 제1절 PCFC용 전해질 소재 후보물질 특성 문헌 분석 및 특성 평가 시스템 구축 ... 335
• 제2절 PCFC용 전해질 나노 소재 합성 기술 및 소결성 향상에 대한 연구 ... 339
• 제3절 Multi-phase co-ionic conductor를 통한 프로톤전도도 향상 ... 350
• 제4절 초 이온전도 무수프로톤 전도성 phosphate계 전해질 소재 개발 ... 363
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 376
• 제1절 연구개발목표의 달성도 ... 376
• 제2절 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 377
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 379
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 381
• 제7장 연구시설·장비 현황 ... 385
• 제8장 참고문헌 ... 387
• 끝페이지 ... 395