초록 ▼

연구의 목적 및 내용
지속가능하고 친환경적인 미래의 수소에너지 시대를 대비하기 위하여 고온 세라믹연료전지의 핵심 기술로서 고성능 장수명 다상 혼합이온전도체 개발을 목표로 하였다. 다상 혼합 이온전도체는 두 가지 이상의 상이나 이종의 혼합전도체를 복합화 함으로서 한 가지 소재에서 니고 있는 단점을 보완하고 장점을 극대화하기 위한 기술이다.
본 연구 목표를 달성하기 위해서 산소이온+프로톤전도체, 프로톤전도체+프로톤전도체, 코어셀 구조 전해질, 이중충 전해질, 액상+고상 전해질 등 다양한 기술적 시도를 진행하였다. 다양한 기

연구의 목적 및 내용
지속가능하고 친환경적인 미래의 수소에너지 시대를 대비하기 위하여 고온 세라믹연료전지의 핵심 기술로서 고성능 장수명 다상 혼합이온전도체 개발을 목표로 하였다. 다상 혼합 이온전도체는 두 가지 이상의 상이나 이종의 혼합전도체를 복합화 함으로서 한 가지 소재에서 니고 있는 단점을 보완하고 장점을 극대화하기 위한 기술이다.
본 연구 목표를 달성하기 위해서 산소이온+프로톤전도체, 프로톤전도체+프로톤전도체, 코어셀 구조 전해질, 이중충 전해질, 액상+고상 전해질 등 다양한 기술적 시도를 진행하였다. 다양한 기술적 접근을 통해 중저온에서 기존의 전해질 보다 1-2 order 더 높은 이온전도도를 갖는 다상혼합 전해질을 개발하였다. 개발된 전해질은 셀로 제작되어 출력밀도 및 단기 안정성 등을 검증하였다.

연구결과
▪ 산소이온전도체 기반 혼합이온전도체의 이온전도성 향상 연구: 3-4배 이온전도도 향상
▪ 프로톤전도체 기반 혼합이온전도체의 이온전도성 향상 연구: 소결성 (200℃이하 감소) 및 상안정성 (H₂O, CO₂) 향상
▪ Novel 다상 혼합이온전도체(세라믹-비정질)의 성능 향상 연구: 소결성 (670℃ 소결) 및 1-2 order 이온전도도 향상
▪ 다상 혼합이온전도체(프로톤전도체-산소이온전도체)의 성능 향상 연구: 세리아의 환원 방지에 따른 셀 효율 향상
▪ 혼합이온전도체용 고내구성 연료극 소재 연구: ASR 감소 및 redox cycling 신뢰성 향상
▪ 혼합이온전도체용 고성능 공기극 소재 연구; 전기전도도 향상
▪ 혼합이온전도체용 공기극 및 연료극 적용 단위전지 성능평가: 단위전지 공정기술 최적화
▪ 혼합이온전도체용 셀의 내구성 향상 연구: 셀 강건 설계 기술 개발
▪ 혼합이온전도성 전해질 단위전지의 신뢰성 향상 연구: 환원방지막 및 열화억제 운전 로직 개발

연구결과의 활용계획
본 과제에서 연구 성과로 도출된 고성능 혼합이온전도체 및 신규 전극소재를 하반기 후속과제로 연장하여 촉매 특성을 더욱 향상시키고자 함. 특히 상반기과제에서 진행되지 못한 신규 전극소재들의 이론적 이해를 후속과제에서 진행하여, 현재 상용화가 진행되고 있는 차세대 세라믹연료전지(고체산화물, 프로톤세라믹)와 전해전지에 적용함으로써 가역고체산화물전지의 성능 및 효율을 증대시키고자 한다.

( 출처 : 한글요약문 4p )

Abstract ▼

Purpose&contents
The objective of this work was to develop the high performance multi-phase hybrid ion conductors as a core technology of high temperature ceramic fuel cells for the preparation of sustainable and clean future hydrogen energy ages. Multi-phase hybrid ion conductors are composited

Purpose&contents
The objective of this work was to develop the high performance multi-phase hybrid ion conductors as a core technology of high temperature ceramic fuel cells for the preparation of sustainable and clean future hydrogen energy ages. Multi-phase hybrid ion conductors are composited with two or more phase, or two different ion conductors to maximize their intrinsic advantages with overcoming their weaknesses. In this work, we develop the high conductive and stable electrolyte at intermediate temperatures, compared to the conventional zirconia and ceria-based electrolytes. In addition, these electrolytes were confirmed in the anode-supported cell as the power density and short-term stability at the intermediate temperature.

Result
▪ Developments of ion conductivity of multi-phase ion conductors: improve ion conductivity (3-4 times)
▪ Developments of ion conductivity of the proton-based conductors: improve sinterability and phase stability (H₂O, CO₂)
▪ Developments of sinterability and conductivity of the hybrid conductors (proton and oxygen ion conductors): improve sinterability and ion conductivity
▪ Developments of highly durable anode materials: improve redox cycling stability and decrease the area specific resistances
▪ Developments of highly electrocatalytic active cathode materials: improve electrical conductivity
▪ Developments of fabrication technologies for anode supported cell design: durable cell desing and processing
▪ Durability studies of multi-phase hybrid ion conductors

Expected Contribution
The developed technologies in this work, such as high performance hybrid conductors and electrode materials are extended to the next project to apply for the reversible solid oxide cells (RSOCs). The SOCs can produce the electricity and hydrogen fuel in the single device as the next generation energy conversion and storage devices. In particular, high catalytic active oxygen and fuel electrode materials are applied for the next generation RSOFCs to improve cell efficiency and performances.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 23
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 26
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 27
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 29
• 8. 참고문헌 ... 30
• 9. 연구성과 ... 31
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 39
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 40
• 12. 기타사항 ... 44
• [별첨1] 대 표 연 구 실 적 ... 45
• [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 59
• 끝페이지 ... 101