Glycine nitrate process에 의한 제조된 SOFC anode용 Ni-YSZ cermet의 물성 분석
Characterization of Ni-YSZ cermet anode for SOFC prepared by glycine nitrate process
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초록
Ni-YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) composite powders를 glycine nitrate process으로 만들었다. 합성된 분말은1300~1400oC 4시간 동안 소성하였으며 1000oC에서 2시간 동안 질소 및 수소 분위기에서 환원 소성하여 Ni-YSZ cermet을제조하였다. Ni의 부피비를 변화 시켜 각기 그들의 미세구조, 전기전도도, 열팽창 및 강도 특성을 알아보았다. Ni과 YSZ 상 사이에 상호 연결된 균질하게 분포된 다공성 미세구조를 얻을 수 있었다. 기공률, 전기전도도, 열팽창계수 및 곡강도 모두 Ni의 양에 민감하게 영향 받는 것을 알 수 있으며 40 vol%의 Ni를 함유한 Ni-YSZ cermet가 전극재료로 가장 적당하였다. 1350oC에서 소성한 40 vol% Ni-YSZ 시편의 경우 30 %의 기공율, 65.5 Mpa의 강도, 917.4 S/cm의 전기 전도도(1000oC)및 12.6 × 10−6oC−1의 열팽창계수(1000oC)를 가져 YSZ 전해질의 음극재료로 가장 적합하였다.
Abstract
Ni-YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) composite powders were fabricated by glycine nitrate process. The prepared powders were sintered at 1300~1400oC for 4 h in air and reduced at 1000oC for 2 h in a nitrogen and hydrogen atmosphere. The microstructure, electrical conductivity, thermal expansion and mechanical properties of the Ni-YSZ cermets have been investigated with respect to the volume contents of Ni. A porous microstructure consisting of homogeneously distributed Ni and YSZ phases together with well-connected grains was observed. It was found that the open porosity,electrical conductivity, thermal expansion and bending strength of the cermets are sensitive to the volume content of Ni. The Ni-YSZ cermet containing 40 vol% Ni was ascertained to be the optimum composition. This composition offers sufficient open porosity of more than 30 %, superior electrical conductivities of 917.4 S/cm at 1000oC and a moderate average thermal expansion coefficient of 12.6 × 10−6oC−1between room temperature and 1000oC.
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