KR101334902B1 - Cathode for solid oxide fuel cell, method for producing thereof and fuel cell comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 페로브스카이트 관련 구조를 갖는 산화물을 캐소드로 하는 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell. Specifically, the present invention relates to a solid oxide fuel cell having an oxide having a perovskite related structure as a cathode.
고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cell: SOFC)는 연료 가스의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환시키는 고효율의 환경친화적인 전기화학적 발전 기술이다. SOFC는 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 소재가 상대적으로 저렴하며, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 고체 산화물 연료전지는 상대적으로 불순물 함량이 높은 연료도 사용할 수 있고, 복합 발전 능력(hybrid power generation capability), 높은 효율 등과 같은 많은 장점을 지니고 있다. 게다가 연료를 수소로 개질할 필요 없이 탄화수소계 연료를 직접 사용할 수 있어 연료전지 시스템의 단순화와 제작비용 감소로 이어질 수 있다. A solid oxide fuel cell (SOFC) is a highly efficient, environmentally friendly electrochemical power generation technology that directly converts the chemical energy of a fuel gas into electrical energy. SOFCs are simpler in structure than other fuel cells because they are all solid, relatively inexpensive, and free from electrolyte loss and replenishment and corrosion. Solid oxide fuel cells can also use relatively high impurity fuels and have many advantages such as hybrid power generation capability and high efficiency. In addition, hydrocarbon fuel can be directly used without reforming the fuel into hydrogen, leading to simplification of the fuel cell system and reduction of production cost.
SOFC는 수소 또는 탄화수소와 같은 연료가 산화되는 애노드(anode 또는 연료극, 음극), 산소 기체가 산소 이온(O2-)으로 환원되는 캐소드(cathode 또는 공기극, 양극) 및 산소 이온이 전도되는 산소 이온 전도성 고체 전해질을 포함하며, 사용되는 소재의 종류에 따라 특별한 물성이 요구된다. SOFCs are anodes (anodes or anodes, cathodes) in which fuels such as hydrogen or hydrocarbons are oxidized, cathodes (cathodes or cathodes, anodes) in which oxygen gas is reduced to oxygen ions (O 2- ), and oxygen ion conductivity in which oxygen ions are conducted. It contains a solid electrolyte and requires special physical properties depending on the type of material used.
특히, 캐소드 소재는 높은 산소의 환원도, 높은 전자전도도 및 높은 이온전도도를 가져야 한다. 이온전도도가 낮을 경우에는 캐소드 반응을 통해 발생한 산소이온의 이동이 제한되어 전기화학반응의 효율이 떨어지며, 전자전도도가 낮을 경우에는 산소의 환원반응이 일어나는 활성점이 충분하지 못하게 된다. In particular, the cathode material should have high oxygen reduction, high electron conductivity and high ion conductivity. When the ion conductivity is low, the movement of oxygen ions generated through the cathode reaction is limited, and the efficiency of the electrochemical reaction is lowered. When the electron conductivity is low, the active point at which the reduction reaction of oxygen occurs is not sufficient.
한편, 종래의 캐소드 소재는 사용 시간이 증가함에 따라 안정성이 급격하게 저하되는 현상이 발생한다. 즉, 캐소드에서 산소의 환원반응이 원활하게 일어나지 못하고, 그 결과 SOFC 시스템의 작동시 전압 강하가 일어나게 되며 이는 전지의 성능을 감소시키게 된다.On the other hand, the conventional cathode material is a phenomenon that the stability is sharply lowered as the use time increases. That is, the reduction of oxygen in the cathode does not occur smoothly, and as a result, a voltage drop occurs during operation of the SOFC system, which reduces the performance of the battery.
본 발명의 기술적 과제는 캐소드의 안정성을 향상시킬 수 있는 신규 캐소드 소재와 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The technical problem of the present invention is to provide a novel cathode material and a method of manufacturing the same that can improve the stability of the cathode.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 소재를 포함하는 고체 산화물 연료전지를 제공하는 것이다.Another technical problem of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell including the material.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 한 측면에서는, 화학식 1의 화합물을 포함하는 이중층 페로브스카이트 구조를 지니는 고체 산화물 연료전지 캐소드(cathode)용 소재를 제공한다.In order to solve the above technical problem, in one aspect of the present invention, there is provided a material for a solid oxide fuel cell cathode having a double-layer perovskite structure comprising a compound of formula (1).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
AA'1-xCaxB2O5+δ AA ' 1-x Ca x B 2 O 5 + δ
상기 화학식 1에서, 상기 A는 란탄족에서 선택된 원소, 상기 A'는 알카리 토금속족에서 선택된 원소, 그리고 상기 B는 전이금속에서 선택된 원소이며, 상기 x는 0 초과 1.0 미만의 수이고, 상기 δ는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 상기 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 1, A is an element selected from lanthanides, A 'is an element selected from alkaline earth metal groups, and B is an element selected from transition metals, x is a number greater than 0 and less than 1.0, and δ is As a positive number of 1 or less, it is a value which makes the said compound of Formula 1 electrical neutral.
전술한 측면의 한 실시 형태에서는 상기 A는 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다. 또한, A'는 바륨(Ba)이며, B는 코발트(Co) 일 수 있다.In one embodiment of the aforementioned aspect, A may be one of neodymium (Nd), praseodymium (Pr), or a mixture thereof. In addition, A 'is barium (Ba), B may be cobalt (Co).
전술한 측면의 다른 실시 형태에서는 x는 0 초과 0.5 이하이다.In another embodiment of the aforementioned aspect, x is greater than 0 and less than or equal to 0.5.
전술한 측면의 또 다른 실시 형태에서는 상기 화학식 1이 PrBa1-xCaxCo2O5+δ 이다.In another embodiment of the aforementioned aspect, Chemical Formula 1 is PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ .
본 발명의 다른 측면에서는 전술한 고체 산화물 연료전지용 캐소드 소재와 산소 이온 전도성 고체 산화물 및 유기 바인더를 포함하는 캐소드용 조성물을 제공한다. 이 조성물은 슬러리의 형태일 수 있다. 한 실시 형태에서 상기 산소 이온 전도성 고체 산화물은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택할 수 있다.In another aspect of the present invention provides a cathode composition comprising the above-described cathode material for a solid oxide fuel cell, an oxygen ion conductive solid oxide and an organic binder. This composition may be in the form of a slurry. In one embodiment the oxygen ion conducting solid oxide is a group consisting of yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), samaria doped ceria (SDC), gadolinia doped ceria (GDC) and mixtures thereof You can choose from.
본 발명의 다른 하나의 측면에서는 전술한 캐소드 소재를 포함하는 고체 산화물 연료전지용 캐소드를 제공한다. 이 캐소드는 산소 이온 전도성 고체 산화물과 화학식 1의 화합물의 복합체일 수 있다.Another aspect of the present invention provides a cathode for a solid oxide fuel cell comprising the cathode material described above. This cathode may be a complex of an oxygen ion conducting solid oxide with a compound of formula (1).
본 발명의 다른 또 하나의 측면에서는 전술한 캐소드, 상기 캐소드를 마주보고 배치되는 애노드 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 배치되는 산소 이온 전도성 고체 산화물인 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지를 개시한다. 이 연료전지에서 애노드는 특별히 제한되지 않으며 공지의 애노드를 사용할 수 있다.Another aspect of the present invention discloses a solid oxide fuel cell including the aforementioned cathode, an anode disposed facing the cathode, and an electrolyte that is an oxygen ion conducting solid oxide disposed between the cathode and the anode. The anode in this fuel cell is not particularly limited and a known anode can be used.
본 발명의 한 또 다른 측면에서는 상기 화학식 1의 캐소드 소재의 제조 방법을 제공한다. 이 제조 방법은 화학식 1의 화합물을 생성할 수 있는 화학양론적 비율의 Pr, Ba, Ca, 및 Co 화합물들의 혼합물인 금속 산화물 전구체들을 용매에 용해하여 전구체 용액을 얻는 단계, 상기 전구체 용액에서 고형물을 얻는 단계, 상기 고형물을 대기중에서 소성하여 소성물을 얻는 단계와 상기 소성물을 연마하는 단계를 포함한다.In still another aspect of the present invention, a method of preparing the cathode material of Chemical Formula 1 is provided. This preparation method comprises the steps of dissolving metal oxide precursors, which are a mixture of Pr, Ba, Ca, and Co compounds in a stoichiometric ratio, which can produce a compound of
본 발명의 일 구현예에 의하면, 캐소드의 안정성이 향상될 수 있다. 또한, 연료전지는 800℃ 이하의 낮은 온도에서도 효과적으로 작동할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the stability of the cathode may be improved. In addition, the fuel cell can operate effectively even at low temperatures below 800 ° C.
도 1은 이중층 페로브스카이트 구조를 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 Ca의 함량에 따른 X선 회절 패턴을 도시한 도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에서 연료 전지의 안정성을 측정한 결과를 도시한 도면들이다.
도 5(도 5a 내지 도 5d)는 본 발명의 실시예에서 Ca의 함량에 따른 연료 전지의 I-V 분극 곡선 및 최대 전력 밀도를 도시한 도이다. 1 is a diagram illustrating a double layer perovskite structure.
2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern according to the amount of Ca in the embodiment of the present invention.
3 and 4 are diagrams showing the results of measuring the stability of the fuel cell in one embodiment of the present invention.
5 (FIG. 5A to FIG. 5D) are diagrams illustrating IV polarization curves and maximum power densities of fuel cells according to Ca content in an embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 대하여 더 상세하게 설명한다. 이하 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어를 해석하는 데 있어서는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 반드시 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석할 것이 아니며, 본 명세서에서 기재하는 바에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석하여야 한다는 것을 밝혀 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In interpreting the terms or words used in the present specification and claims, it is to be understood that the interpretation of terms or words used herein is necessarily conventional, based on the principle that the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best way It is to be understood that the invention is not to be interpreted as being limited only by the precautionary sense, but should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention as described in the present specification.
일반적으로 고체산화물 연료전지의 전기화학반응은 하기 반응식에 나타낸 바와 같이 캐소드의 산소가스 O2가 산소이온 O2-으로 변하는 양극반응과 연료극의 연료(H2 또는 탄화수소)와 전해질을 통해 이동해 온 산소이온이 반응하는 음극반응으로 이루어진다.In general, the electrochemical reaction of a solid oxide fuel cell is carried out through an anode reaction in which the oxygen gas O 2 of the cathode is converted into an oxygen ion O 2, as well as oxygen transferred through the fuel (H 2 or hydrocarbon) and the electrolyte of the anode as shown in the following reaction formula. It consists of a cathode reaction in which ions react.
<반응식><Reaction Scheme>
양극반응: 1/2 O2 + 2e- -> O2- Anode reaction: 1/2 O 2 + 2e - - > O 2-
음극반응: H2 + O2- -> H2O + 2e- Cathode reaction: H 2 + O 2- -> H 2 O + 2e -
고체산화물 연료전지의 캐소드(공기극)에서는 전극표면에 흡착된 산소가 해리 및 표면 확산을 거쳐 전해질, 캐소드, 기공이 만나는 삼상계면(triple phase boundary)으로 이동하여 전자를 얻어 산소이온으로 되고 생성된 산소이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하게 되므로, 양극반응이 일어나는 삼상계면의 면적을 증가시키면 전극반응속도를 향상시킬 수가 있다.In the cathode of the solid oxide fuel cell, oxygen adsorbed on the electrode surface is dissociated and diffused through the surface to the triple phase boundary where electrolyte, cathode, and pores meet to obtain electrons to become oxygen ions Since the ions move to the anode through the electrolyte, increasing the area of the three-phase interface in which the anode reaction occurs can improve the electrode reaction speed.
한편, ABO3로 표현되는 페로브스카이트(simple perovskite)구조는 큐빅 격자(cubic lattice)의 코너 위치인 A-자리(A-site)에 희토류 원소, 알카라인 희토류, 알카라인 등의 이온반경이 큰 원소들이 위치하고 있으며, 산소이온에 의해 12배위수(CN, Coordination number)를 가진다. 큐빅 격자의 체심 위치인 B-자리(B-site)에는 Co 및 Fe과 같은 원자반경이 작은 전이금속이 위치하고 있으며, 산소이온에 의해서 8면체(6배위수)를 이루고 있다. 마지막으로 큐빅 격자의 각 면심에는 산소이온이 위치하고 있다. On the other hand, the simple perovskite structure represented by ABO 3 has a large ion radius such as rare earth elements, alkaline rare earths, and alkaline elements at the A-site, which is the corner position of the cubic lattice. Is located, and has 12 coordination number (CN) by oxygen ion. In the B-site, which is the center of the cubic lattice, transition metals having a small atomic radius such as Co and Fe are located, and octahedral (6 coordination number) is formed by oxygen ions. Finally, oxygen ions are located at each core of the cubic lattice.
이러한 페로브스카이트(simple perovskite)구조는 일반적으로 A-자리(site)에 다른 물질이 치환될 경우 구조적인 변위가 발생하며, 주로 B-자리(site)에 위치한 원소를 중심으로 이의 최인접 산소이온(6개)으로 이루어지는 BO6의 8면체에서 구조적인 변이가 발생한다. Such a simple perovskite structure generally has a structural displacement when another substance is substituted at the A-site, and its closest oxygen mainly around an element located at the B-site. Structural variation occurs in the octahedron of BO 6 composed of six ions.
도 1은 이중층 페로브스카이트 구조를 도시한 도로, A-자리(site)에 두 원소 이상이 규칙적으로 배열된 결정 격자 구조로서, AA'B2O5+δ의 화학식을 가질 수 있다. 이러한 이중층 페로브스카이트 구조는 산소 공공 군집이 존재하여 이온의 움직임을 보다 용이하게 함으로써, 캐소드에 향상된 이온 전도성을 부여할 수 있다. 1 is a road illustrating a double-layer perovskite structure, a crystal lattice structure in which two or more elements are regularly arranged in an A-site, and may have a chemical formula of AA′B 2 O 5 + δ . Such bilayer perovskite structures can impart improved ionic conductivity to the cathode by the presence of oxygen vacancies to facilitate the movement of ions.
본 발명의 일 구현예에 따른 고체 산화물 연료전지 캐소드(cathode)용 소재는 상술한 이중층 페로브스카이트형 결정 구조를 갖는 것으로 특히, A'의 원소 일부가 칼슘으로 치환된 화합물을 포함한다. 상기 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The solid oxide fuel cell cathode material according to the embodiment of the present invention has the above-described double-layer perovskite crystal structure, and in particular, includes a compound in which a part of the element of A 'is substituted with calcium. The compound may be represented by Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
AA'1-xCaxB2O5+δ AA ' 1-x Ca x B 2 O 5 + δ
상기 화학식 1에서, A는 란탄족에서 선택된 원소, A'는 알카리 토금속족에서 선택된 원소, 그리고 B는 전이금속에서 선택된 원소이며, 상기 x는 0 초과 1.0 미만의 수이고, 상기 δ는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 상기 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 1, A is an element selected from lanthanides, A 'is an element selected from alkaline earth metal groups, and B is an element selected from transition metals, x is a number greater than 0 and less than 1.0, and δ is 1 or less As a positive number, it is a value which makes the said compound of
상기 화학식 1의 이중층 페로브스카이트 란탄족 화합물은 기본적으로 [BO2]-[AO]-[BO2]-[A'O]의 적층 순열이 c축을 따라 반복되고, A'O의 일부가 CaO로 치환된 구조로 이해할 수 있다. 본 발명의 작동 원리에 관하여 어떠한 특정 이론에 얽매이고자 하는 의도는 아니지만, 이해를 돕기 위하여 설명하자면 [BO2]-[AO]-[BO2]-[A'O]의 적층 순열이 c축을 따라 반복되면, [AO]층 내의 산소결합력이 약화되어, 비정돈된 공극(disordered vacancy)을 제공하며, 따라서, 캐소드를 형성하였을 때 캐소드 벌크 속의 산소 이온의 확산율이 상당히 향상됨에 따라, 분자 산소의 산소 이온으로의 환원 반응성이 향상되는 표면 결함 부위를 공급할 수 있는 것으로 사료된다. 또한, A'원소의 일부가 Ca로 치환되면, 캐소드를 형성하였을 때 캐소드의 성능과 안정성(Stability)이 향상된다. 성능이 향상되는 이유는 전자전도도가 향상되기 때문이며, 안정성이 향상되는 이유는 coulometric titration 결과로 볼 때 Ca 이 치환되지 않은 경우보다 Ca 이 치환된 경우 (x = 0.25) 더 낮은 산소분압에서 열역학적 안정성을 유지하고 있기 때문인 것으로 판단된다.In the bilayer perovskite lanthanide compound of Chemical Formula 1, a lamination permutation of [BO 2 ]-[AO]-[BO 2 ]-[A'O] is basically repeated along the c-axis, and a part of A'O is It can be understood as a structure substituted with CaO. While not intended to be bound by any particular theory regarding the principle of operation of the present invention, for illustrative purposes, the lamination permutations of [BO 2 ]-[AO]-[BO 2 ]-[A'O] are along the c-axis. Repeatedly, the oxygen bonding force in the [AO] layer is weakened, providing disordered vacancy, and as a result, the diffusion rate of oxygen ions in the cathode bulk when the cathode is formed is significantly improved, thus the oxygen of the molecular oxygen It is thought that the surface defect site | part which improves the reactivity to ions can be provided. In addition, when a part of the A 'element is substituted with Ca, the performance and stability of the cathode is improved when the cathode is formed. The reason for the improved performance is due to the improved electron conductivity and the stability due to the coulometric titration results in thermodynamic stability at lower oxygen partial pressures when Ca is substituted (x = 0.25) than when Ca is not substituted. It seems to be because it is maintained.
상기 화학식 1에서 상기 A는 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있고, A'는 바륨(Ba), 스토론튬(Sr) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 B는 코발트(Co)일 수 있다. 구체적인 예로 상기 화학식 1은 PrBa1-xCaxCo2O5+δ일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 상기 화학식 1이 PrBa1-xCaxCo2O5+δ인 것으로 설명하나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 상술한 A, A' 및 B의 다양한 조합을 가지는 화합물일 수 있다.In
상기 화학식 1의 산화물은 침입형 산소(interstitial oxygen)를 포함함으로써 산소 이온의 전도성이 향상된다. 상기 산화물에서 δ가 침입형 산소를 나타내고 0<δ≤0.5의 값을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 결정 구조에 따라 δ의 값이 정해질 수 있다.The oxide of
상기 화학식 1의 캐소드 소재에서, Ca의 화학양론 계수인 x의 값은 0 초과 1 미만이며, 구체적으로는 0 초과 0.5 이하이다. 상기 캐소드 소재의 x 값이 상기 범위 이내이면, 캐소드 소재가 우수한 전기화학적 특성을 가지며, 고체 산화물 연료전지의 캐소드와 전해질 간의 계면에서 형성되는 2차 상(Secondary Phases)의 발현과, 열 싸이클 효과(Thermal cycling effect)를 최적화할 수 있으므로, 캐소드의 성능과 안정성(stability)이 향상 될 수 있다. In the cathode material of
한편, 도 2는 본 발명의 실시예에서 Ca의 함량에 따른 X선 회절 패턴을 도시한 도로, 특히, Ca의 화학양론 계수 x가 1.0인 경우는, x가 0, 0.25 또는 0.5의 값을 가질 때와는 전혀 다른 피크를 가지는 이종의 물질의 합성되었음을 알 수 있다. 이는, 물질 각각의 서로 다른 이온반경에 의한 구조적 상호작용에 따른 결과로 유추된다.On the other hand, Figure 2 is a road showing the X-ray diffraction pattern according to the content of Ca in the embodiment of the present invention, in particular, when the stoichiometric coefficient x of Ca is 1.0, x has a value of 0, 0.25 or 0.5 It can be seen that a heterogeneous material was synthesized with a peak that was completely different from the time. This is inferred as a result of the structural interaction by the different ionic radii of each material.
한편, 전기 전도도가 큰 영향을 끼치는 전력 밀도의 경우 종래 기술에서는 섭씨 600℃에서 약 1.16 W/cm2 정도가 최고 수준이었으나, 본 발명에서는 Ba을 Ca으로 일부 치환할 때, 동일한 600℃에서 더 높은 최대 전력 밀도를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들어, x가 0.25 정도가 되도록 Ba을 Ca으로 치환하면 캐소드의 안정성을 확보하면서도 종래에 비해 우수한 전기 전도도를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 PrBa1-xCaxCo2O5+δ 화학식의 이중층 페로브스카이트 구조의 캐소드 소재는 칼슘의 적절한 치환으로 인하여 우수한 전기 전도도와 화학적 안정성을 조화시킬 수 있는 이점이 있다. On the other hand, in the case of the power density that has a significant effect on the electrical conductivity in the prior art was about 1.16 W / cm 2 at 600 ℃, the highest level in the present invention, when some of Ba is replaced with Ca, the higher at the same 600 ℃ It has been found that maximum power density can be obtained. For example, when Ba is replaced with Ca so that x is about 0.25, it is possible to secure the stability of the cathode while having excellent electrical conductivity as compared with the prior art. Accordingly, the cathode material of the double layer perovskite structure of PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ according to the present invention has the advantage of harmonizing excellent electrical conductivity and chemical stability due to proper substitution of calcium. .
본 발명의 한 측면에서는 상기 고체 산화물 연료전지용 캐소드 소재의 제조 방법을 개시한다. 이 제조 방법은 상기 화학식 1의 조성에 맞도록 계량된 각 금속 전구체를 (예를 들어 용매를 이용하여 습식) 혼합하는 단계, 상기 (습식) 혼합물로부터 고형물을 얻는 단계, 상기 고형물을 공기 중에서 소성하여 소성물을 얻는 단계 및 상기 소성물을 연마하는 단계를 포함한다.In one aspect of the present invention, a method of manufacturing the cathode material for a solid oxide fuel cell is disclosed. This manufacturing method comprises the steps of mixing each of the metal precursors (e.g., wet with a solvent) that is metered to the composition of
상기 금속 전구체는 화학식 1의 화합물을 얻을 수 있는 화학양론적 비율로 혼합한다. 금속 전구체의 예는 화학식 1의 상기 캐소드 소재를 구성하는 각 금속 성분인 Pr, Ba, Ca, Co 등의 질화물, 산화물, 할로겐화물 등을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.The metal precursors are mixed in a stoichiometric ratio to obtain a compound of formula (1). Examples of the metal precursor may include, but are not limited to, nitrides, oxides, halides, and the like, which are each metal component constituting the cathode material of
상기 용매 혼합 단계에서 사용되는 용매로서는 물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 전구체를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부탄올 등의 총 탄소수가 5 이하의 저급 알코올; 질산, 염산, 황산, 구연산 등의 산용액; 물; 톨루엔, 벤젠, 아세톤, 디에틸에테르, 에틸렌 글리콜 등의 유기용매; 등을 단독으로 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.Water may be used as the solvent used in the solvent mixing step, but is not limited thereto. Any metal that can dissolve the metal precursor can be used without limitation, and for example, lower alcohol having a total carbon number of 5 or less such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol and the like; Acid solutions such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and citric acid; water; Organic solvents such as toluene, benzene, acetone, diethyl ether and ethylene glycol; Etc. may be used alone or in combination.
상기 혼합 과정을 거친 후, 자발 연소 과정에 의해 초미세 고형물을 얻을 수 있다. 이어서, 400℃ ~ 950℃의 온도 범위로 1 내지 5시간 동안 상기 초미세 고형물을 열 처리(하소, 소결)한 다음, 약 24시간 동안 아세톤 내에서 볼 밀링 하여 분쇄 및 혼합한다. 다음으로, 혼합된 분말을 금속몰드에 넣고 프레스 한 후, 가압된 펠렛(Pellet)을 대기 중에서 소결하여 캐소드 소재를 제조할 수 있다. 소결은 800℃ ~ 1500℃의 온도 범위로 5 내지 12시간 동안 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 소성된 결과물은 연마하거나 분쇄하여 일정 크기의 미세 분말상을 얻을 수 있다.After the mixing process, an ultrafine solid may be obtained by a spontaneous combustion process. Subsequently, the ultra-solids are heat treated (calcined, sintered) for 1 to 5 hours in a temperature range of 400 ° C. to 950 ° C., and then milled and mixed by ball milling in acetone for about 24 hours. Next, the mixed powder is put into a metal mold and pressed, and the pressed pellet may be sintered in air to prepare a cathode material. Sintering may be performed for 5 to 12 hours in the temperature range of 800 ℃ to 1500 ℃, but is not limited thereto. The calcined product may be polished or pulverized to obtain a fine powder of a predetermined size.
본 발명의 다른 측면에서는 전술한 고체 산화물 연료전지용 캐소드 소재와 산소 이온 전도성 고체 산화물 및 유기 바인더를 더 포함하는 캐소드용 조성물을 제공한다. 이 조성물은 슬러리의 형태일 수 있다. 한 실시 형태에서 상기 산소 이온 전도성 고체 산화물은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC), 란탄스트론튬마그네슘 갈레이트(LSGM) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택할 수 있다. 상기 캐소드 형성용 조성물에서 캐소드 소재와 산소 이온 전도성 고체 산화물의 함량은 상기 캐소드 소재 100중량부에 대하여 예를 들어 20~80중량부일 수 있다.Another aspect of the present invention provides a cathode composition further comprising the aforementioned cathode material for a solid oxide fuel cell and an oxygen ion conductive solid oxide and an organic binder. This composition may be in the form of a slurry. In one embodiment, the oxygen ion conductive solid oxide comprises yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), samaria doped ceria (SDC), gadolinia doped ceria (GDC), lanthanum strontium magnesium gallate ( LSGM) and mixtures thereof. The content of the cathode material and the oxygen ion conductive solid oxide in the cathode forming composition may be, for example, 20 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode material.
상기 캐소드용 조성물로부터 캐소드를 제조할 수 있다. 예를 들어 상기 캐소드 형성재용 조성물을 기재 상에 코팅한 후 열처리하여 캐소드를 형성할 수 있다. A cathode may be prepared from the cathode composition. For example, the cathode composition may be coated on a substrate and then heat-treated to form a cathode.
상기 캐소드의 두께는 통상 고체 산화물 연료전지에서 약 1 ~ 100 μm일 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드의 두께는 약 5 ~ 50 μm일 수 있다.The cathode may have a thickness of about 1 to 100 μm in a solid oxide fuel cell. For example, the cathode may have a thickness of about 5-50 μm.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에서는 전술한 캐소드, 상기 캐소드를 마주보고 배치되는 애노드 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 배치되는 산소 이온 전도성 고체 산화물인 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지를 개시한다. 이 연료전지에서 애노드는 특별히 제한되지 않으며 공지의 애노드를 사용할 수 있다.Another aspect of the present invention discloses a solid oxide fuel cell including the aforementioned cathode, an anode disposed facing the cathode, and an electrolyte that is an oxygen ion conducting solid oxide disposed between the cathode and the anode. The anode in this fuel cell is not particularly limited and a known anode can be used.
이러한 고체 산화물 전해질을 구성하는 소재로는 이 기술 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 고체 산화물 전해질로는 다음과 같은 것들을 사용할 수 있다: 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ) 등의 안정화 지르코니아계; 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 등과 같은 희토류 원소가 첨가된 세리리아계; 기타 LSGM ((La, Sr)(Ga, Mg)O3)계 등을 사용할 수 있다. 스트론튬 또는 마그네슘이 도핑된 란타늄 갈레이트(lanthanum gallate).The material constituting the solid oxide electrolyte is not particularly limited as long as it can be generally used in the art. For example, the following may be used as the solid oxide electrolyte: stabilized zirconia-based such as yttria stabilized zirconia (YSZ) and scandia stabilized zirconia (ScSZ); Ceria systems doped with rare earth elements such as samaria-doped ceria (SDC), gadolinia-doped ceria (GDC) and the like; And other LSGM ((La, Sr) (Ga, Mg) O 3 ) system. Lanthanum gallate doped with strontium or magnesium.
상기 고체 산화물 연료전지는 해당 기술 분야에서 각종 문헌에 공지되어 있는 통상적인 방법을 이용하여 제조할 수 있으므로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 고체 산화물 연료전지는 원통형(tubular) 스택, 평관형(flat tubular) 스택, 평판형(planar type) 스택 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. Since the solid oxide fuel cell may be manufactured using a conventional method known in various documents in the art, a detailed description thereof will be omitted herein. In addition, the solid oxide fuel cell may be applied to various structures, such as a cylindrical stack, a flat tubular stack, and a planar type stack.
상기 고체 산화물 연료전지는 단위 전지의 스택(stack) 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드, 연료극 및 고체산화물 전해질로 구성되는 단위 전지(MEA, Membrane and Electrode Assembly)가 직렬로 적층되고 상기 단위 전지들 사이에 이들을 전기적으로 연결하는 분리판(separator)가 개재되어 단위전지의 스택(stack)이 얻어질 수 있다.
The solid oxide fuel cell may be in the form of a stack of unit cells. For example, a unit cell (MEA, Membrane and Electrode Assembly) composed of the cathode, the anode and the solid oxide electrolyte is stacked in series and a separator is electrically connected between the unit cells. A stack of cells can be obtained.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 아래 실시예는 본 발명을 예시로써 상세하게 설명하기 위한 것이며, 어떠한 경우라도 본 발명의 범위를 제한하기 위한 의도가 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples. The following examples are intended to illustrate the invention in detail and are not intended to limit the scope of the invention in any way.
캐소드Cathode 소재의 합성 Synthesis of the material
Ca의 화학양론 계수 x를 0, 0.25 또는 0.50로 하는 캐소드 소재 PrBa1-xCaxCo2O5+δ를 페치니법(Pechini process)으로 합성하였다. Cathode PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ having a stoichiometric coefficient x of Ca of 0, 0.25 or 0.50 was synthesized by a Pechini process.
상기 각 x에 따른 PrBa1-xCaxCo2O5+δ에 해당하는 화학양론적 비율로 Pr(NO3)3·6H2O(Aldrich사, 금속 기준으로 99.9%), Ba(NO3)2 (Aldrich사, 99% 이상), Ca(NO3)2·4H2O(Alfa Aesar사, 99.98% 이상) 및 Co(NO3)3·6H2O(Aldrich사, 98% 이상)을 에틸렌글리콜과 시트르산과 함께 증류수에 용해하였다. In the stoichiometric ratio corresponding to PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ according to each x, Pr (NO 3 ) 3 · 6H 2 O (Aldrich, 99.9% based on metal), Ba (NO 3 ) 2 (Aldrich, 99% or more), Ca (NO 3 ) 2 4H 2 O (Alfa Aesar, 99.98% or more) and Co (NO 3 ) 3 .6H 2 O (Aldrich, 98% or more) It was dissolved in distilled water together with ethylene glycol and citric acid.
용해 후에는 자발 연소(Self-combustion) 과정을 통해 초미세 고형물을 얻을 수 있다. 이 초미세 고형물을 600℃에서 4시간 동안 열처리 한 후, 아세톤 내에서 24시간 동안 볼밀(ball mill) 하여 분쇄 및 혼합한 다음, 건조 후, 5 MPa에서 펠릿으로 압축시키고 공기 중에서 24시간 동안 1100℃로 소결하였다. After dissolution, the self-combustion process yields a very fine solid. The ultra-solid was heat-treated at 600 ° C. for 4 hours, then milled and mixed by ball milling in acetone for 24 hours, then dried, compressed into pellets at 5 MPa and 1100 ° C. in air for 24 hours. Sintered with.
캐소드 슬러리의 합성Synthesis of Cathode Slurry
캐소드 소재인 상기 펠릿을 분쇄한 후, 산소 이온 전도성 산화물인 Ce0.9Gd0.1Gd2-δ(이하 GDC로 줄임)을 포함하는 복합 캐소드를 제조하였다. 구체적으로, 캐소드 소재 분말과 GDC 분말을 중량비 6:4로 완전히 혼합하였다. 슬러리 형성을 위하여 모든 전극 분말은 유기 바인더(Heraeus V006)과 함께 혼합하였다. 캐소드 소재 분말, GDC 분말 및 유기 바인더의 중량비는 6:4:12로 혼합하였다.After pulverizing the pellet as a cathode material, a composite cathode including Ce 0.9 Gd 0.1 Gd 2-δ (hereinafter referred to as GDC), which is an oxygen ion conductive oxide, was prepared. Specifically, the cathode material powder and the GDC powder were completely mixed in a weight ratio of 6: 4. All electrode powders were mixed with an organic binder (Heraeus V006) for slurry formation. The weight ratio of the cathode material powder, the GDC powder and the organic binder was mixed at 6: 4: 12.
연료전지의 제조Manufacture of fuel cell
먼저, NiO 분말, GDC 분말과 전분을 중량비 6:4:1.5으로 에탄올 속에서 24시간 볼 밀링하여 혼합하였다. 이 혼합액을 건조한 뒤 펠렛으로 압축하여 애노드를 형성하였다. 이어서 상기 애노드면에 공압축법으로 GDC 분말을 분산시키고 공기 중에서 5시간 동안 1350℃로 소결하여, Ni-GDC의 애노드 상에 GDC의 전해질을 형성하였다. 다음으로, 전해질 상에 상기 캐소드 슬러리를 스크린 인쇄한 후, 공기 중에서 4시간 동안 1350℃로 소결하여 연료전지를 제조하였다.First, NiO powder, GDC powder and starch were mixed by ball milling in ethanol for 24 hours in a weight ratio of 6: 4: 1.5. The mixture was dried and compressed into pellets to form an anode. Subsequently, GDC powder was dispersed on the anode surface by co-compression and sintered at 1350 ° C. for 5 hours in air to form an electrolyte of GDC on the anode of Ni-GDC. Next, the cathode slurry was screen printed on the electrolyte and then sintered at 1350 ° C. for 4 hours in air to prepare a fuel cell.
형성된 캐소드와 애노드의 두께는 각각 약 20㎛이며, 전류 수집을 위해 은 와이어를 은 페이스트를 이용해 캐소드와 애노드에 부착하였다. The thickness of the formed cathode and anode was about 20 μm, respectively, and silver wire was attached to the cathode and the anode using silver paste for current collection.
연료전지의 안정성 측정Measurement of stability of fuel cell
실시예 3에서 얻은 캐소드 소재와 GDC 전해질, NiO-GDC 복합 애노드 전체 전지의 안정성을 평가하였다. 평가 대상인 연료전지는 PrBa1-xCaxCo2O5+δ(x= 0.25)와 PrBa1-xCaxCo2O5+δ(x=05)의 캐소드 소재로 형성된 캐소드를 포함하며, x=0.25인 경우의 결과는 도 3에 도시하고 있고, x=0.5인 경우의 결과는 도 4에 도시하고 있다. The stability of the cathode material, the GDC electrolyte, and the NiO-GDC composite anode battery obtained in Example 3 was evaluated. The fuel cell to be evaluated includes a cathode formed of a cathode material of PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ (x = 0.25) and PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ (x = 05), The result when x = 0.25 is shown in FIG. 3, and the result when x = 0.5 is shown in FIG.
구체적으로, 도 3은 600℃에서 100시간 동안 -0.4mA의 일정한 전류를 걸어주었을 때 전압의 변화를 측정한 결과이며, 도 4는 반대로 600℃에서 100시간 동안 0.7 mV의 일정한 전압을 가했을 때의 전류의 변화를 측정한 결과이다. Specifically, Figure 3 is a result of measuring the change in voltage when a constant current of -0.4mA for 100 hours at 600 ℃, Figure 4 is the reverse when applying a constant voltage of 0.7 mV for 100 hours at 600 ℃ This is the result of measuring the change of current.
도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 구동되는 동안의 응답이 상당히 안정적이고, 탐지될만한 전압 또는 전류 강하가 발생 되지 않았음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 캐소드 소재를 사용하여 캐소드를 형성할 때, 이를 포함하는 연료전지는 안정성이 우수함을 알 수 있다. As shown in Figures 3 and 4, it can be seen that the response during driving is quite stable and no detectable voltage or current drop has occurred. Therefore, when the cathode is formed using the cathode material according to the present invention, it can be seen that the fuel cell including the same has excellent stability.
다만, x가 0.25인 PrBa1-xCaxCo2O5+δ의 캐소드 소재로 캐소드를 제작한 경우는 100시간 동안 총 3.3% 의 전류 손실이 발생한 반면, x가 0.5인 PrBa1-xCaxCo2O5+δ의 캐소드 소재로 캐소드를 제작한 경우는 동일 조건에서 총 10% 의 전압 손실이 발생한 것으로 관찰되는 바, 이하 도 5에서 도시하는 바와 같이, x가 0.25일 경우가 0.5인 경우보다 전력밀도 측면에서는 우수한 것으로 알 수 있다.However, when cathodes were made of PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ cathode material with x 0.25, a total of 3.3% current loss occurred over 100 hours, whereas PrBa 1-x Ca with x 0.5 When a cathode was manufactured from a cathode material of x Co 2 O 5 + δ , a total of 10% voltage loss was observed under the same conditions. As shown in FIG. 5, when x is 0.25, 0.5 is 0.5. It can be seen that it is superior in terms of power density than the case.
연료 전지의 전력 밀도Power density of fuel cell
실시예 3에서 얻은 캐소드 소재와 GDC 전해질, NiO-GDC 복합 애노드 전체 전지의 전기화학적 성능을 평가하였다. 캐소드 소재는 PrBa1-xCaxCo2O5+δ의 화합물을 포함한다. 도 5는 x가 0, 0.25 및 0.5인 경우의 I-V 분극 곡선들과, 600℃에서 x의 값에 따른 최대 전력 밀도를 도시하고 있다. 한편, I-V 분극 곡선은 BioLogic사의 일정 전위 장치를 이용하여 500~650℃에서 측정하였다. 구체적으로, I-V 분극 곡선은 500~650℃에서 가습 수소 기체(3% 수분)를 연료로, 정지 상태인 주위 공기를 산화제로 사용하였다. The electrochemical performance of the cathode material, the GDC electrolyte, and the NiO-GDC composite anode battery obtained in Example 3 was evaluated. The cathode material comprises a compound of PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ . FIG. 5 shows IV polarization curves when x is 0, 0.25 and 0.5, and maximum power density according to the value of x at 600 ° C. FIG. On the other hand, IV polarization curve was measured at 500 ~ 650 ℃ using a constant potential device of BioLogic. Specifically, the IV polarization curve used humidified hydrogen gas (3% moisture) as a fuel and a stationary ambient air as an oxidant at 500 to 650 ° C.
도 5를 참조하면, x가 0일 때 비해, x가 0.25 또는 0.5의 값을 가질수록 전력 밀도가 증가하는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 600℃에서 x가 0일 때 최대 전력 밀도는 1.161W/cm2 임에 반해, x가 0.25일 때 최대 전력 밀도는 1.484W/cm2 이며, x가 0.5일 때 최대 전력 밀도는 1.218W/cm2 이었다. 이는 전력 밀도가 600℃에서 약 1.16/cm2 정도가 최고 수준이었던 종래 기술보다 우수한 것으로 판단된다.Referring to FIG. 5, it can be seen that power density increases as x has a value of 0.25 or 0.5, compared with when x is 0. Specifically, the maximum power density when x is zero, at 600 ℃ is 1.161W / cm 2, while being on, x is a maximum power density of 0.25 when il is the 1.484W / cm 2, x has a maximum power density when 0.5 days 1.218 W / cm 2 . This is judged to be superior to the prior art in which the power density was about 1.16 / cm 2 at 600 ° C. at the highest level.
상기 실시예들로부터 본 발명의 이중층 페로브스카이트 구조 란탄족 산화물 캐소드 소재는 800℃ 이하의 중온에서 우수한 전기화학적 성능을 나타내는 고체 산화물 연료전지를 제조할 수 있게 하여 준다는 점을 확인하였다.From the above examples, it was confirmed that the double-layered perovskite structure lanthanide oxide cathode material of the present invention makes it possible to manufacture a solid oxide fuel cell exhibiting excellent electrochemical performance at a medium temperature below 800 ° C.
전술한 바와 같이 특정 내용과 일부 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 구체적인 예로써 제시한 설명일 뿐임을 밝혀 둔다. 본 발명은 전술한 실시 형태들로만 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 실시 형태에 대하여 다양한 수정 및 변형을 할 수 있고, 이러한 수정 및 변형도 본 발명의 기술 사상 속에서 망라하고 있다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to certain exemplary embodiments thereof, it should be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. .
따라서 앞에서 설명한 실시 형태들과 후술하는 특허 청구의 범위는 물론, 이 특허 청구 범위의 모든 균등물이나 등가인 변경 실시 형태들도 본 발명 기술 사상의 범주에 속한다.Accordingly, all equivalents of the claims and their equivalents, as well as the embodiments described hereinabove and the appended claims, are also within the scope of the inventive concept.
Claims (12)
<화학식 1>
AA'1-xCaxB2O5+δ
상기 화학식 1에서, 상기 A는 란탄족에서 선택된 원소, 상기 A'는 알카리 토금속족에서 선택된 원소, 그리고 상기 B는 전이금속에서 선택된 원소이며,
상기 x는 0 초과 1.0 미만의 수이고,
상기 δ는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 상기 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.A cathode material for a solid oxide fuel cell comprising the compound of Formula 1:
≪ Formula 1 >
AA ' 1-x Ca x B 2 O 5 + δ
In Formula 1, A is an element selected from lanthanide, A 'is an element selected from alkaline earth metal group, and B is an element selected from transition metal,
X is a number greater than 0 and less than 1.0,
Δ is a positive number of 1 or less, and is a value that makes the compound of Formula 1 electrically neutral.
상기 A는 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나인 캐소드 소재. The method of claim 1,
A is a cathode material of any one of neodymium (Nd), praseodymium (Pr) or a mixture thereof.
상기 A'는 바륨(Ba)인 캐소드 소재.The method of claim 1,
A 'is a cathode material of barium (Ba).
상기 B는 코발트(Co)인 캐소드 소재.The method of claim 1,
B is a cobalt (Co) cathode material.
상기 x는 0 초과 0.5 이하인 캐소드 소재.The method of claim 1,
Wherein x is greater than 0 and less than or equal to 0.5.
상기 화학식 1은 PrBa1-xCaxCo2O5+δ 인 캐소드 소재.The method of claim 1,
Formula 1 is a cathode material PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ .
상기 산소 이온 전도성 고체 산화물은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ), 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC), 란탄스트론튬마그네슘 갈레이트(LSGM) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 캐소드용 조성물.The method of claim 7, wherein
The oxygen ion conducting solid oxides are yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), samaria doped ceria (SDC), gadolinia doped ceria (GDC), lanthanum strontium magnesium gallate (LSGM) and these The composition for a cathode selected from the group consisting of.
상기 캐소드가 산소 이온 전도성 고체 산화물과 상기 화학식 1의 화합물의 복합체인 고체 산화물 연료전지용 캐소드.10. The method of claim 9,
A cathode for a solid oxide fuel cell, wherein the cathode is a complex of an oxygen ion conductive solid oxide and the compound of Formula 1. 3.
상기 캐소드를 마주보고 배치되는 애노드; 및
상기 캐소드와 애노드 사이에 배치되는 산소 이온 전도성 고체 산화물인 전해질을 포함하는 고체 산화물 연료전지.A cathode according to claim 9;
An anode disposed facing the cathode; And
A solid oxide fuel cell comprising an electrolyte that is an oxygen ion conducting solid oxide disposed between the cathode and the anode.
상기 전구체 용액에서 고형물을 얻는 단계;
상기 고형물을 대기중에서 소성하여 소성물을 얻는 단계; 및
상기 소성물을 연마하는 단계;를 포함하고,
상기 금속 산화물 전구체들은 아래 화학식 1의 화합물을 생성할 수 있는 화학양론적 비율의 Pr, Ba, Ca, 및 Co 화합물들의 혼합물인 고체 산화물 연료전지용 캐소드 소재의 제조 방법:
<화학식 1>
PrBa1-xCaxCo2O5+δ
상기 화학식 1에서, 상기 x는 0 초과 1.0 미만의 수이고,
상기 δ는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 상기 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.Dissolving metal oxide precursors in a solvent to obtain a precursor solution;
Obtaining a solid from the precursor solution;
Calcining the solid in an air to obtain a calcined product; And
And polishing the fired product.
The metal oxide precursors are a mixture of Pr, Ba, Ca, and Co compounds in a stoichiometric ratio capable of producing a compound of Formula 1 below:
≪ Formula 1 >
PrBa 1-x Ca x Co 2 O 5 + δ
In Formula 1, x is a number greater than 0 and less than 1.0,
Δ is a positive number of 1 or less, and is a value that makes the compound of Formula 1 electrically neutral.
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|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20100291471A1 (en) * | 2005-08-09 | 2010-11-18 | Jacobson Allan J | Novel Cathode and Electrolyte Materials for Solid Oxide Fuel Cells and Ion Transport Membranes |
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2012
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Patent Citations (1)
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| US20100291471A1 (en) * | 2005-08-09 | 2010-11-18 | Jacobson Allan J | Novel Cathode and Electrolyte Materials for Solid Oxide Fuel Cells and Ion Transport Membranes |
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| KR101549443B1 (en) | 2014-03-26 | 2015-09-03 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Method for manufacturing symmetrical solid oxide fuel cell having double perovskite structure |
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