KR102265791B1 - Metal oxide for cathode of solid oxide fuel cell having ruddlesden popper structure and method of manufacturing the same and solid oxide fuel cell including the same - Google Patents

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Abstract

고체산화물 연료전지 공기극의 전기전도성 및 성능을 향상시킬 수 있는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물은 LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 가지며, 상기 전이금속(M)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed are a metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure capable of improving electrical conductivity and performance of a cathode of a solid oxide fuel cell, a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same.
In the metal oxide for the cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to the present invention, lanthanum (La) and calcium (Ca) are dissolved at the Ln site in the Ruddlesden-Popper structure having the LnBO 4 chemical formula, It has a layered structure of a Rudelsden popper structure including a transition metal (M) substituted at the B site, and the transition metal (M) is one of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co) and iron (Fe). It is characterized in that it includes at least one or more.

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Figure 112019091108160-pat00005

Description

루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지{METAL OXIDE FOR CATHODE OF SOLID OXIDE FUEL CELL HAVING RUDDLESDEN POPPER STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND SOLID OXIDE FUEL CELL INCLUDING THE SAME}Metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, and a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same FUEL CELL INCLUDING THE SAME}

본 발명은 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체산화물 연료전지 공기극의 전기전도성 및 성능을 향상시킬 수 있는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same, and more particularly, to improve electrical conductivity and performance of a cathode of a solid oxide fuel cell It relates to a metal oxide for an air electrode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure capable of making the same, a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same.

고체산화물 연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환시키는 고효율 친환경의 전기화학발전 기술로 이온전도성을 가지는 고체산화물 전해질을 사용한다.A solid oxide fuel cell is a high-efficiency, eco-friendly electrochemical power generation technology that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy, and uses a solid oxide electrolyte with ion conductivity.

종래의 고체산화물 연료전지는 고온에서 작동하기 때문에 고온에서 견딜 수 있는 고온 합금이나 값비싼 재료들이 사용되었다. 이에 따라, 종래의 고체산화물 연료전지는 초기 구동 시간이 장시간 걸리며, 재료의 내구성 저하로 인한 성능 저하 및 상용화에 어려움을 겪고 있다.Conventional solid oxide fuel cells operate at high temperatures, so high-temperature alloys or expensive materials that can withstand high temperatures are used. Accordingly, the conventional solid oxide fuel cell takes a long initial operation time, and suffers from deterioration in performance and commercialization due to deterioration in durability of materials.

이를 해결하기 위해, 최근에는 저온으로 작동온도를 낮추고자 하는 노력이 진행되고 있지만 공기극의 전기저항을 급격히 증가시키는 문제가 발생하고 있어, 중저온형 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물을 개발하고자 하는 노력이 활발히 진행되고 있다.In order to solve this problem, recently, efforts to lower the operating temperature to a low temperature are being made, but there is a problem of rapidly increasing the electrical resistance of the cathode, so efforts to develop a metal oxide for the cathode of a medium and low temperature solid oxide fuel cell are difficult. is being actively pursued.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0101312호(2009.09.24. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 고체 산화물 전지에 전극 물질로 사용하기 적합한 복합 물질이 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Patent Publication No. 10-2009-0101312 (published on September 24, 2009), which describes a composite material suitable for use as an electrode material in a solid oxide battery.

본 발명의 목적은 고체산화물 연료전지 공기극의 전기전도성 및 성능을 향상시킬 수 있는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure capable of improving electrical conductivity and performance of a cathode of a solid oxide fuel cell, a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same will be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물은 LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 가지며, 상기 전이금속(M)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The metal oxide for a solid oxide fuel cell cathode having a Rudelsden Popper structure according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is LnBO 4 Lanthanum (La) at the Ln site in the Ruddlesden-Popper structure having the chemical formula And calcium (Ca) is dissolved and has a layered structure of a Rudelsden popper structure including a transition metal (M) substituted at the B site, wherein the transition metal (M) is copper (Cu), nickel (Ni), cobalt It is characterized in that it contains at least one of (Co) and iron (Fe).

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법은 (a) 란타늄 전구체, 칼슘 전구체 및 전이금속 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 1차 열처리한 후 분쇄하고 압축하여 펠렛을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 펠렛을 2차 열처리하여 금속산화물을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (c) 단계 이후, 상기 금속산화물은 LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 가지며, 상기 전이금속(M)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for manufacturing a metal oxide for a solid oxide fuel cell cathode having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) dissolving a lanthanum precursor, a calcium precursor and a transition metal precursor in a solvent, followed by ultrasonic waves. heating while irradiating to form a mixture; (b) forming pellets by pulverizing and compressing the mixture after primary heat treatment; And (c) forming a metal oxide by secondary heat treatment of the pellet; including, after the step (c), the metal oxide LnBO 4 Ln site in the Ruddlesden-Popper structure having a chemical formula Lanthanum (La) and calcium (Ca) are dissolved in solid solution, and it has a layered structure of a Rudelsden popper structure including a transition metal (M) substituted at the B site, and the transition metal (M) is copper (Cu), nickel (Ni), it is characterized in that it comprises at least one or more of cobalt (Co) and iron (Fe).

본 발명에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지는 공기극의 전도성 및 성능을 향상시킬 수 있는 신규한 금속화합물의 적용으로 공기극에 생성된 추가적인 산소 이온으로 인해 이온 전도성이 증가하게 되고, 우수한 성능을 공기극에 부여할 수 있으므로, 이온 및 전자전도성을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.A metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to the present invention, and a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same are provided by application of a novel metal compound capable of improving the conductivity and performance of the cathode. Ion conductivity is increased due to the additional oxygen ions generated in the cathode, and excellent performance can be imparted to the cathode, thereby improving ionic and electronic conductivity at the same time.

이 결과, 본 발명에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지는 공기극의 성능 향상으로 분극저항을 감소시킬 수 있으며, 800℃ 이하의 낮은 온도에서 낮은 전극저항을 유지할 수 있다.As a result, the metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to the present invention and a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same, can reduce the polarization resistance by improving the performance of the cathode, and 800 It is possible to maintain a low electrode resistance at a low temperature below.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물의 결정 구조를 나타낸 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에서 La2-xCaxBO4+δ(x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5)에 대한 XRD 측정 결과를 나태는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에서 La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ(x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3)에 대하여 전기 전도도와 온도의 상관 관계를 Fe 함량별로 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에서 La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ(x=0.25)에 대하여 I-V 분극 곡선을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에서 La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ(x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3)에 대하여 850℃에서 임피던스의 주파수 스펙트럼을 나타내는 니퀴스트 플롯으로부터 얻은 면적 비저항(Area Specific Resistance)을 Fe 함량별로 나타낸 그래프.1 is a schematic diagram showing a crystal structure of a metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a process flow chart showing a method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the XRD measurement results for La 2-x Ca x BO 4+δ (x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5) in an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the correlation between electrical conductivity and temperature for each Fe content for La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ (x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3) in an embodiment of the present invention; graph.
5 is a graph showing the IV polarization curve for La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ (x=0.25) in an embodiment of the present invention.
6 is a Niquist plot showing the frequency spectrum of impedance at 850° C. for La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ (x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3) in an embodiment of the present invention; A graph showing the area specific resistance (Area Specific Resistance) obtained from each Fe content.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be embodied in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to a preferred embodiment of the present invention, a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same will be described in detail as follows. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물의 결정 구조를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram illustrating a crystal structure of a metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물(100)은 고체산화물 연료전지의 전도성 및 성능을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 1 , a metal oxide 100 for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention may improve conductivity and performance of a solid oxide fuel cell.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물(100)은 LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 갖는다.To this end, the metal oxide 100 for a solid oxide fuel cell cathode having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention is lanthanum (La) at the Ln site in the Ruddlesden-Popper structure having the LnBO 4 chemical formula. And calcium (Ca) is dissolved, including a transition metal (M) substituted at the B site has a layered structure of the Rudelsden popper structure.

여기서, 전이금속(M)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, the transition metal (M) may include at least one of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe).

고체산화물 연료전지의 전기화학반응은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이 공기극의 산소가스인 O2가 산소 이온 O2-로 변하는 양극반응과 연료극의 연료(H2 또는 탄화수소)와 전해질을 통해 이동해 온 산소이온이 반응하는 음극반응으로 이루어진다.The electrochemical reaction of the solid oxide fuel cell is an anode reaction in which O 2 , the oxygen gas of the cathode, is converted into oxygen ions , O 2 — as shown in Reaction Equation 1 below, and the fuel (H 2 or hydrocarbon) of the anode and oxygen that has moved through the electrolyte It consists of a cathodic reaction in which ions react.

[반응식 1] [Scheme 1]

양극반응: 1/2 O2 + 2e- -> O2- Anode reaction: 1/2 O 2 + 2e - -> O 2-

음극반응: H2 + O2- -> H2O + 2e- Cathodic reaction: H 2 + O 2- -> H 2 O + 2e -

위의 반응식 1과 같이, 고체산화물 연료전지의 공기극에서는 전극 표면에 흡착된 산소가 해리 및 표면 확산을 거쳐 전해질, 공기극, 기공이 만나는 삼상계면(triple phase boundary)으로 이동하여 전자를 얻어 산소이온으로 되고 생성된 산소이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하게 된다.As shown in Reaction Equation 1 above, at the cathode of the solid oxide fuel cell, oxygen adsorbed on the electrode surface undergoes dissociation and surface diffusion, and moves to the triple phase boundary where the electrolyte, cathode, and pores meet to obtain electrons and become oxygen ions. and the generated oxygen ions move to the anode through the electrolyte.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물(100)은 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.In particular, the metal oxide 100 for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention may be a compound of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

La2-xCaxMO4+δ La 2-x Ca x MO 4+δ

여기서, x는 0 초과 ~ 2 미만의 양수이다.where x is a positive number greater than 0 and less than 2.

또한, δ는 2 이하의 양수로서 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In addition, δ is a positive number of 2 or less, which is a value for making the compound of Formula 1 electrically neutral.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물(100)은 LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 갖는다. 여기서, 전이금속(M)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe) 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 보다 더 바람직하게는 둘 이상을 포함하는 것이 좋다.In this way, the metal oxide 100 for a solid oxide fuel cell cathode having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention is lanthanum (La) at the Ln site in the Ruddlesden-Popper structure having the LnBO 4 chemical formula. And calcium (Ca) is dissolved, including a transition metal (M) substituted at the B site has a layered structure of the Rudelsden popper structure. Here, the transition metal (M) includes at least one of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe), and more preferably includes two or more.

이때, 화학식 1의 화합물은 La 자리에 Ca가 치환되고, Ln2BO4 루델스덴 포퍼 구조에서 B자리에 Cu, Ni, Co, Fe 중 적어도 하나 이상이 치환되는 결정 구조를 가지며, 전기적 중성을 유지하기 위해 δ값이 변하게 된다.In this case, the compound of Formula 1 has a crystal structure in which Ca is substituted at the La site, and at least one of Cu, Ni, Co, and Fe is substituted at the B site in the Ln 2 BO 4 Rudelsden Popper structure, and maintains electrical neutrality In order to do this, the value of δ is changed.

화학식 1의 화합물은 공기극에 생성된 추가적인 산소 이온으로 인해 이온 전도성이 증가하게 되고, 우수한 성능을 공기극에 부여할 수 있으므로, 이온 및 전자전도성을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.The compound of Formula 1 increases ionic conductivity due to additional oxygen ions generated in the cathode, and can impart excellent performance to the cathode, thereby improving ionic and electronic conductivity at the same time.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물(100)은 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다.In addition, the metal oxide 100 for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention may be a compound of Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ

여기서, x는 0초과 ~ 1 미만의 양수이다.Here, x is a positive number greater than 0 and less than 1.

또한, δ는 2 이하의 양수로서 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In addition, δ is a positive number of 2 or less, which is a value for making the compound of Formula 2 electrically neutral.

이때, 화학식 2의 화합물은 La 자리에 Ca가 치환되고, Ln2BO4 루델스덴 포퍼 구조에서 B자리에 Cu 및 Fe가 치환되는 결정 구조를 가지며, 전기적 중성을 유지하기 위해 δ값이 변하게 된다.In this case, the compound of Formula 2 has a crystal structure in which Ca is substituted at the La site, Cu and Fe are substituted at the B site in the Ln 2 BO 4 Rudelsden Popper structure, and the δ value is changed to maintain electrical neutrality.

화학식 2의 화합물은 Cu 및 Fe의 적절한 치환으로 공기극에 생성된 추가적인 산소 이온으로 인해 이온 전도성이 증가하게 되고, 우수한 성능을 공기극에 부여할 수 있으므로, 이온 및 전자전도성을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.The compound of Formula 2 increases ionic conductivity due to additional oxygen ions generated in the cathode by appropriate substitution of Cu and Fe, and can impart excellent performance to the cathode, thereby improving ionic and electronic conductivity at the same time.

본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지는 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물로 이루어진 금속산화물을 포함하는 공기극과, 공기극과 대향하도록 배치된 연료극과, 공기극 및 연료극 사이에 배치된 고체 전해질을 포함할 수 있다.A solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention is disposed between an anode including a metal oxide made of a compound of Formula 1 or Formula 2, an anode disposed to face the cathode, and the cathode and the anode It may contain a solid electrolyte.

본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지에서, 연료극의 재질로는 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지의 연료극이라면 제한 없이 사용될 수 있다.In the solid oxide fuel cell having the Rudelsden popper structure according to the embodiment of the present invention, the material of the anode is not particularly limited, and any known anode may be used without limitation.

고체 전해질 역시 일반적으로 사용할 수 있는 공지의 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 고체 전해질로는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ) 등의 안정화지르코니아계, 사마리아 도핑된 세리아(SDC), 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC) 등과 같은 희토류 원소가 첨가된 세리리아계 등에 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The solid electrolyte is also not particularly limited as long as it is a known material that can be generally used. For example, as the solid electrolyte, a stabilized zirconia-based such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) and scandia-stabilized zirconia (ScSZ), and rare earth elements such as Samaria-doped ceria (SDC), and gadolinia-doped ceria (GDC) are added. It may be used, but is not limited thereto.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.2 is a process flowchart illustrating a method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법은 혼합물 형성 단계(S110), 펠렛 형성 단계(S120) 및 금속산화물 형성 단계(S130)를 포함한다.As shown in FIG. 2 , the method for manufacturing a metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention includes a mixture forming step (S110), a pellet forming step (S120), and a metal oxide forming step. (S130).

혼합물 형성mixture formation

혼합물 형성 단계(S110)에서는 란타늄 전구체, 칼슘 전구체 및 전이금속 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성한다.In the mixture forming step (S110), the lanthanum precursor, the calcium precursor, and the transition metal precursor are dissolved in a solvent and heated while irradiating ultrasonic waves to form a mixture.

여기서, 란타늄 전구체는 La2O3, La(NO3)36H2O, LaOCl 및 LaCl3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다. Here, the lanthanum precursor includes at least one selected from the group consisting of La 2 O 3 , La(NO 3 ) 3 6H 2 O, LaOCl and LaCl 3 .

또한, 칼슘 전구체는 Ca(NO3)2, CaCl2 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the calcium precursor may include at least one selected from the group consisting of Ca(NO 3 ) 2 , CaCl 2 and CaCO 3 .

전이금속 전구체는 구리 전구체, 니켈 전구체, 코발트 전구체 및 철 전구체 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 보다 더 바람직하게는 둘 이상을 포함하는 것이 좋다. 일 예로, 니켈 전구체는 Ni(NO3)2, NiCl2, NiCO3, NiBr2 및 Ni2SO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The transition metal precursor includes at least one of a copper precursor, a nickel precursor, a cobalt precursor, and an iron precursor, and more preferably includes two or more. As an example, the nickel precursor may include at least one selected from the group consisting of Ni(NO 3 ) 2 , NiCl 2 , NiCO 3 , NiBr 2 and Ni 2 SO 4 , but is not limited thereto.

용매로는 아세톤(aceton), 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol), DMF(dimethylformamide), 옥탄올(Octanol), 에톡시 에탄올(ethoxy ethanol), 테트라데칸(tetradecane), 펜탄올(pentanol), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 벤젠, 증류수(H2O) 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As a solvent, acetone, 2-methoxyethanol, DMF (dimethylformamide), octanol, ethoxy ethanol, tetradecane, pentanol, At least one selected from dipropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol, benzene, distilled water (H 2 O), and the like may be used, but is not limited thereto.

또한, 본 단계에서, 초음파 조사는 10 ~ 60kHz 조건으로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 초음파 조사가 10kHz 미만이거나, 또는 1분 미만으로 실시될 시에는 란타늄 전구체, 칼슘 전구체 및 전이금속 전구체가 용매에 균일하게 혼합되지 못하는 문제를 유발할 수 있다. 반대로, 초음파 조사가 60kHz를 초과하거나, 또는 60분을 초과하여 실시될 시에는 공정 효율의 관점에서 과도한 에너지가 소모되는 문제가 있으므로, 바람직하지 못하다.In addition, in this step, the ultrasonic irradiation is preferably performed for 1 to 60 minutes under the conditions of 10 to 60 kHz. When ultrasonic irradiation is performed at less than 10 kHz or less than 1 minute, it may cause a problem that the lanthanum precursor, the calcium precursor, and the transition metal precursor are not uniformly mixed in the solvent. Conversely, when the ultrasonic irradiation exceeds 60 kHz or is carried out for more than 60 minutes, there is a problem in that excessive energy is consumed in terms of process efficiency, which is not preferable.

펠렛 형성pellet formation

펠렛 형성 단계(S120)에서는 혼합물을 1차 열처리한 후 분쇄하고 압축하여 펠렛을 형성한다.In the pellet forming step (S120), the mixture is first heat treated and then pulverized and compressed to form pellets.

이때, 1차 열처리는 300 ~ 500℃에서 1 ~ 12 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 1차 열처리 온도가 300℃ 미만이거나, 1차 열처리 시간이 1시간 미만일 경우에는 혼합물의 표면이 잘 녹지 않을 우려가 있다. 반대로, 1차 열처리 온도가 500℃를 초과하거나, 1차 열처리 시간이 12시간을 초과할 경우에는 혼합물끼리 반응하여 국소적으로 다른 조성을 형성할 수 있으며, 결정립의 크기가 과대하게 커질 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.At this time, the primary heat treatment is preferably performed at 300 ~ 500 ℃ for 1 ~ 12 hours. If the primary heat treatment temperature is less than 300 ℃, or the first heat treatment time is less than 1 hour, there is a fear that the surface of the mixture is not easily melted. Conversely, when the first heat treatment temperature exceeds 500 ° C. or the first heat treatment time exceeds 12 hours, the mixtures may react to form different compositions locally, and there is a risk that the size of the crystal grains may become excessively large, Not desirable.

금속산화물 형성metal oxide formation

금속산화물 형성 단계(S130)에서는 펠렛을 2차 열처리하여 금속산화물을 형성한다.In the metal oxide forming step (S130), the pellets are subjected to secondary heat treatment to form a metal oxide.

본 단계에서, 2차 열처리는 900 ~ 1,300℃에서 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 2차 열처리 온도가 900℃ 미만이거나, 또는 2차 열처리 시간이 5시간 미만일 경우에는 결정화가 제대로 이루어지지 못하는 관계로 상대밀도가 낮아질 우려가 크다. 반대로, 2차 열처리 온도가 1,300℃를 초과하거나, 또는 2차 열처리 시간이 10시간을 초과할 경우에는 금속산화물의 평균입경이 커지고 기공의 성장으로 강도를 저하시키는 문제가 있다.In this step, the secondary heat treatment is preferably carried out at 900 ~ 1,300 ℃ for 5 ~ 10 hours. If the secondary heat treatment temperature is less than 900° C., or if the second heat treatment time is less than 5 hours, there is a high possibility that the relative density is lowered because crystallization is not performed properly. Conversely, when the secondary heat treatment temperature exceeds 1,300° C. or the second heat treatment time exceeds 10 hours, the average particle diameter of the metal oxide increases and the strength decreases due to the growth of pores.

상기의 과정(S110 ~ S130)에 의해 제조되는 금속산화물은 LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 갖는다.In the metal oxide prepared by the above processes (S110 to S130), lanthanum (La) and calcium (Ca) are dissolved at the Ln site in the Ruddlesden-Popper structure having the LnBO 4 chemical formula, and substituted at the B site It has a layered structure of the Rudelsden popper structure including the transition metal (M).

이때, 전이금속(M)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 철(Fe) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In this case, the transition metal M may include at least one of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe).

금속산화물은 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다.The metal oxide may be a compound of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

La2-xCaxMO4+δ La 2-x Ca x MO 4+δ

여기서, x는 0 초과 ~ 2 미만의 양수이고, δ는 2 이하의 양수로서 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.Here, x is a positive number greater than 0 and less than 2, and δ is a positive number less than or equal to 2, which is a value for making the compound of Formula 1 electrically neutral.

보다 바람직하게, 금속산화물은 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다.More preferably, the metal oxide may be a compound of Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ

여기서, x는 0초과 ~ 1 미만의 양수이고, δ는 2 이하의 양수로서 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.Here, x is a positive number greater than 0 to less than 1, and δ is a positive number less than or equal to 2, which is a value for making the compound of Formula 2 electrically neutral.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지는 공기극의 전도성 및 성능을 향상시킬 수 있는 신규한 금속화합물의 적용으로 공기극에 생성된 추가적인 산소 이온으로 인해 이온 전도성이 증가하게 되고, 우수한 성능을 공기극에 부여할 수 있으므로, 이온 및 전자전도성을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.As described so far, a metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure according to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same can improve the conductivity and performance of the cathode Ion conductivity is increased due to the additional oxygen ions generated in the cathode by application of the novel metal compound, and excellent performance can be imparted to the cathode, thereby improving ionic and electronic conductivity at the same time.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지는 공기극의 성능 향상으로 분극저항을 감소시킬 수 있으며, 800℃ 이하의 낮은 온도에서 낮은 전극저항을 유지할 수 있다.As a result, the metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure and a method for manufacturing the same, and a solid oxide fuel cell including the same according to an embodiment of the present invention can reduce the polarization resistance by improving the performance of the cathode, , it is possible to maintain a low electrode resistance at a low temperature of 800°C or less.

또한, 본 발명은 기존 공기극으로 사용되는 La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ(LSCF), La1-xSrxMnO3-δ(LSM) 등 란탄늄(La) 자리에 스트론튬(Sr)이 치환된 조성에서 보이던 스트론튬의 표면 및 계면에서의 석출로 인한 성능 및 장기내구성 저하 문제를 해결할 수 있다.In addition, the present invention provides lanthanum (La) sites such as La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ (LSCF) and La 1-x Sr x MnO 3-δ (LSM) used as the conventional cathode. It is possible to solve the problems of performance and long-term durability degradation due to precipitation at the surface and interface of strontium, which was seen in the composition in which estrontium (Sr) is substituted.

또한, 본 발명은 Ln2BO4 루델스덴 포퍼 구조에서 B자리에 이종의 전이금속을 치환하는 것에 의해, 산소환원(oxygen reduction reaction) 및 전기전도도의 향상에 기여할 수 있으며, 특성을 제어할 수 있다.In addition, the present invention can contribute to the improvement of oxygen reduction reaction and electrical conductivity by substituting a heterogeneous transition metal at the B site in the Ln 2 BO 4 Rudelsden popper structure, and can control the properties. .

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by a person skilled in the art.

도 3은 본 발명의 실시예에서 La2-xCaxBO4+δ(x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5)에 대한 XRD 측정 결과를 나태는 그래프이다. 3 is a graph showing the XRD measurement results for La 2-x Ca x BO 4+δ (x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5) in an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, La2-xCaxBO4+δ 금속산화물은 침입형 산소에 의하여 산소 이온의 전도성이 향상된다. As shown in FIG. 3 , in the La 2-x Ca x BO 4+δ metal oxide, oxygen ion conductivity is improved by interstitial oxygen.

도 4는 본 발명의 실시예에서 La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ(x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3)에 대하여 전기 전도도와 온도의 상관 관계를 Fe 함량별로 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the correlation between electrical conductivity and temperature for each Fe content for La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ (x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3) in an embodiment of the present invention; It is a graph.

도 4에 도시된 바와 같이, La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ 금속산화물에서 Fe 함량 및 온도가 각각 증가함에 따라 전기 전도도(conductivity)가 감소하는 경향을 나타내었다. 하지만, Fe의 양에 따라 전기전도도 거동이 금속 전도에서 반도체 전도 거동으로 변하며 산소이온전도 특성이 증가한다.As shown in FIG. 4 , in the La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ metal oxide, the electrical conductivity showed a tendency to decrease as the Fe content and temperature respectively increased. However, depending on the amount of Fe, the electrical conductivity behavior changes from metal conduction to semiconductor conduction behavior, and oxygen ion conduction properties increase.

도 5는 본 발명의 실시예에서 La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ(x=0.25)에 대하여 I-V 분극 곡선을 나타낸 그래프이다. 이때, I-V분극 곡선은 전위 장치를 이용하여 700℃ ~ 850℃의 범위에서 측정하였다.5 is a graph showing the IV polarization curve for La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ (x=0.25) in an embodiment of the present invention. At this time, the IV polarization curve was measured in the range of 700°C to 850°C using a potential device.

도 5에 도시된 바와 같이, La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ(x=0.25) 금속산화물의 경우, 측정 온도가 증가할수록 전력 밀도가 증가하는 경향을 나타내어 우수한 성능을 발휘하는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, in the case of La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ (x=0.25) metal oxide, the power density tends to increase as the measurement temperature increases, thereby exhibiting excellent performance. that can be checked

도 6은 본 발명의 실시예에서 La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ(x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3)에 대하여 850℃에서 임피던스의 주파수 스펙트럼을 나타내는 니퀴스트 플롯으로부터 얻은 면적 비저항(Area Specific Resistance)을 Fe 함량별로 나타낸 그래프이다. 6 is a Niquist plot showing the frequency spectrum of impedance at 850° C. for La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ (x=0, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3) in an embodiment of the present invention; It is a graph showing the area specific resistance (Area Specific Resistance) obtained from each Fe content.

도 6에 도시된 바와 같이, La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ 금속산화물에서 Fe 함량별 큰 변화 없이 산소 분압이 일정하게 유지되는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 6 , it was confirmed that the oxygen partial pressure was constantly maintained without significant change by Fe content in the La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ metal oxide.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

S110 : 혼합물 형성 단계
S120 : 펠렛 형성 단계
S130 : 금속산화물 형성 단계S110: mixture forming step
S120: pellet forming step
S130: metal oxide formation step

Claims (15)

LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물로서,
상기 전이금속(M)은 구리(Cu) 및 철(Fe)을 포함하며,
상기 금속산화물은 하기 화학식 2의 화합물로 이루어져, B자리에 2종의 전이금속이 치환되어, 산소환원 및 전기전도도가 개선되는 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물.

[화학식 2]
La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ
(여기서, 상기 x는 0초과 ~ 1 미만의 양수이고, 상기 δ는 2 이하의 양수로서 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값임.)
LnBO 4 In the Ruddlesden-Popper structure having the chemical formula, lanthanum (La) and calcium (Ca) are dissolved at the Ln site, and a layered layer of the Ruddlesden popper structure including the transition metal (M) substituted at the B site A metal oxide for an air electrode of a solid oxide fuel cell having a structure, comprising:
The transition metal (M) includes copper (Cu) and iron (Fe),
The metal oxide is composed of a compound of Formula 2 below, and two kinds of transition metals are substituted at the B site to improve oxygen reduction and electrical conductivity. A metal oxide for a cathode for a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure .

[Formula 2]
La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ
(Here, x is a positive number greater than 0 to less than 1, and δ is a positive number of 2 or less, which is a value for making the compound of Formula 2 electrically neutral.)
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 기재된 금속산화물을 포함하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극.
A solid oxide fuel cell cathode having a Rudelsden popper structure comprising the metal oxide according to claim 1 .
 제6항에 따른 공기극;
상기 공기극과 대향하도록 배치된 연료극; 및
상기 공기극 및 연료극 사이에 배치된 고체 전해질;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지.
The cathode according to claim 6;
an anode disposed to face the cathode; and
a solid electrolyte disposed between the cathode and the anode;
A solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, comprising:
 (a) 란타늄 전구체, 칼슘 전구체 및 전이금속 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성하는 단계;
(b) 상기 혼합물을 1차 열처리한 후 분쇄하고 압축하여 펠렛을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 펠렛을 2차 열처리하여 금속산화물을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계 이후, 상기 금속산화물은 LnBO4 화학식을 가지는 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조에서 Ln자리에 란타늄(La) 및 칼슘(Ca)이 고용되고, B자리에 치환된 전이금속(M)을 포함하여 루델스덴 포퍼 구조의 층상 구조를 가지며,
상기 전이금속(M)은 구리(Cu) 및 철(Fe)을 포함하며,
상기 (c) 단계 이후, 상기 금속산화물은 하기 화학식 2의 화합물로 이루어져, B자리에 2종의 전이금속이 치환되어, 산소환원 및 전기전도도가 개선되는 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법.

[화학식 2]
La1.7Ca0.3Cu1-xFexO4+δ
(여기서, 상기 x는 0초과 ~ 1 미만의 양수이고, 상기 δ는 2 이하의 양수로서 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값임.)
(a) dissolving a lanthanum precursor, a calcium precursor, and a transition metal precursor in a solvent and heating while irradiating ultrasonic waves to form a mixture;
(b) forming pellets by pulverizing and compressing the mixture after primary heat treatment; and
(c) forming a metal oxide by secondary heat treatment of the pellets;
After step (c), the metal oxide is LnBO 4 In a Ruddlesden-Popper structure having a chemical formula, lanthanum (La) and calcium (Ca) are dissolved at the Ln site, and a transition metal substituted at the B site ( It has a layered structure of Rudelsden popper structure, including M),
The transition metal (M) includes copper (Cu) and iron (Fe),
After step (c), the metal oxide is composed of a compound of Formula 2 below, and two types of transition metals are substituted at the B site to improve oxygen reduction and electrical conductivity. Solid having a Rudelsden Popper structure A method for manufacturing a metal oxide for an oxide fuel cell cathode.

[Formula 2]
La 1.7 Ca 0.3 Cu 1-x Fe x O 4+δ
(Here, x is a positive number greater than 0 to less than 1, and δ is a positive number of 2 or less, which is a value for making the compound of Formula 2 electrically neutral.)
 제8항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 란타늄 전구체는
La2O3, La(NO3)36H2O, LaOCl 및 LaCl3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In step (a),
The lanthanum precursor is
La 2 O 3 , La(NO 3 ) 3 6H 2 O, LaOCl and LaCl 3 A method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
 제8항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 칼슘 전구체는
Ca(NO3)2, CaCl2 및 CaCO3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In step (a),
The calcium precursor is
Ca(NO 3 ) 2 , CaCl 2 and CaCO 3 A method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, comprising at least one selected from the group consisting of.
 제8항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 초음파 조사는
10 ~ 60 kHz 조건으로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In step (a),
The ultrasound irradiation
A method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, characterized in that it is carried out under a condition of 10 to 60 kHz for 1 to 60 minutes.
 제8항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 1차 열처리는
300 ~ 500℃에서 1 ~ 12 시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In step (b),
The first heat treatment
A method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, characterized in that it is carried out at 300 to 500° C. for 1 to 12 hours.
 제8항에 있어서,
상기 2차 열처리는
900 ~ 1,300℃에서 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 루델스덴 포퍼 구조를 갖는 고체산화물 연료전지 공기극용 금속산화물 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The second heat treatment
A method for manufacturing a metal oxide for a cathode of a solid oxide fuel cell having a Rudelsden popper structure, characterized in that it is carried out at 900 to 1,300° C. for 5 to 10 hours.
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J. Mater. Chem. A, 2015,3, pp.13468~13475 (2015.05.28.)*
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