연료극 지지체식 고체산화물 연료전지용 고성능 공기극 제조 및 특성 연구
Preparation and Charateristics of High Perfomance Cathode for Anode-Supported Solid Oxide Fuel Cell
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초록
고체산화물 연료전지의 작동온도를 낮추고 셀의 출력 밀도를 향상시키기 위해 연료극 지지체식 셀을 제조하고 공기극의 구조를 개선시켜 그 특성을 조사 분석하였다. 셀 제조는 습식법에 의해 이루어졌으며, 제조된 연료극 지지체상에 전해질을 코팅하고 최종적으로 공기극을 코팅하였다. 제조된 셀은 8 mol % Y2O3로 안정화된 ZrO2(YSZ) 전해질 층 및 Ni/YSZ 연료극 지지체로 이루어졌으며, 공기극은 (La0.85Sr0.15)0.9MnO3-x(LSM), LSM/YSZ(LY)복합체, La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 (LSCF)가 두층 또는 3층으로 두께를 변화시키면서 코팅하였다. 임피던스로 전기화학적 특성을 조사하였으며, 3% 수분을 함유한 수소와 공기로 800℃이하에서 단전지의 성능을 평가하였다. 작동온도 800℃에서, LY 9㎛/ LSM 9㎛/ LSCF 17㎛의 다층이 코팅된 전지가 590 ㎽/㎠ 로 가장 좋은 성능을 나타냈으며, 0.244 Ω㎠로 가장 작은 분극저항을 가졌다. 측정된 임피던스 결과, 공기극의 분극저항이 3층 코팅된 셀의 경우 가장 작게 나타났음을 확인하였으며, 이것은 LY 복합전극에 의한 전극 계면 저항 감소뿐 만 아니라 LSCF에 의한 공기극의 산소환원 반응의 전하이동 저항이 감소하였기 때문인 것으로 해석된다.
Abstract
Anode-supported solid oxide fuel cell (SOFC) was investigated to increase the cell power density at intermediate temperature through control of the cathode structure. The anode-supported SOFC cell were fabricated by wet process, in which the electrolyte of 8 mol % Y2O3-stabilized ZrO2 (YSZ) was coated on the surface of anode support of Ni/YSZ and then the cathode was coated. The cathode has two- or three- layered structure composed of (La0.85Sr0.15)0.9MnO3-x (LSM), LSM/YSZ composite (LY), and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF) with different thickness. Their single cells with different cathode structures were characterized by measuring the cell performance and ac impedance in the temperature range of 600 to 800 ℃ in humidified hydrogen with 3 % water and air. The cell with LY 9 ㎛/LSM 9 ㎛/LSCF 17㎛ showed best performance of 590 ㎽/㎠, which was attributed to low polarization resistance due to LY and to low interfacial resistance due to LSCF.
참고문헌 (1)
- N. Q. Minh, "Science and Technology of Ceramic Fuel Cell" (1995)