KR101963980B1 - Cathode powder for solid oxide fuel cell and method of the same - Google Patents

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한밭대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, the cathode powder for a solid oxide fuel cell can be represented by a compound of chemical formula 1, wherein Sm is substituted for Nd to satisfy the relational formula 1. The chemical formula 1 can be expressed as {Sm_(1-x)Nd_x}Ba_(1-y)Sr_yCo_zO_(5+d). In the chemical formula 1, x, y, z satisfy inequations, 0 < x < 1, 0.4 <= y <= 0.6, and 1.9 <= z <= 2.1, and d is a positive integer exceeding zero while being equal to or less than one for representing the electrical neutrality of the compound of the chemical formula 1. The relational formula 1 can be expressed as EC >= 400, wherein EC is the electric conductivity measured in units of S/cm at 500°C after compressing and molding the cathode powder to manufacture a bar-shaped product in the size of 5.5 mm × 4 mm × 24 mm.

Description

중·저온형 고체산화물연료전지용 공기극 분말 및 이의 제조방법{Cathode powder for solid oxide fuel cell and method of the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a cathode powder for a solid oxide fuel cell,

본 발명은 고체산화물연료전지용 공기극 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중층 페로브스카이트 구조를 가지는 고체산화물연료전지용 공기극 분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to an air electrode powder for a solid oxide fuel cell having a double layer perovskite structure and a method for manufacturing the same.

현재 고온에서 작동되는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, 이하 SOFC)의 경우 고온의 작동환경의 특성상 전극 및 전해질의 활성도를 증가시키는 장점 뿐 아니라 전기전도도 및 촉매 특성이 우수한 결과를 보여주고 있지만, 고온의 안정성 문제, 크롬 피독현상, SOFC를 구성하는 금속재료의 내구성 및 산화에 따른 문제가 발생하고 있다.Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), which operates at a high temperature, exhibits excellent electrical conductivity and catalytic properties as well as an advantage of increasing the activity of electrodes and electrolytes due to high temperature operating environment characteristics. However, Problems of high temperature stability, chromium poisoning, durability of the metal material constituting the SOFC, and oxidation are caused.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 다양한 방법을 이용해서 SOFC 단전지 및 스택에 대한 연구가 진행중이며 장기안정성 및 작동비용을 감소시키기 위해 SOFC의 고온의 작동환경을 낮춘 중저온형 고체산화물 연료전지(Intermediate-Temperature Solid oxide fuel cell, IT-SOFC)에 관한 연구가 활발히 진행중이다.In order to solve these problems, researches on SOFC single cells and stacks are being conducted using various methods. In order to reduce the long-term stability and operating cost, a middle-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) oxide fuel cell, IT-SOFC).

그러나 고온의 작동환경을 중저온에서 운전시 전해질 저항 및 전극의 분극저항의 증가에 따른 성능 저하가 발생하고 있다. 특히 전해질 및 연료극의 분극저항 증가에 비해 공기극의 분극저항 증가에 따른 성능저하가 지배적이기 때문에 새로운 공기극의 연구 개발은 필수적이다.However, when operating at a high temperature, the performance is deteriorated due to the increase of the electrolyte resistance and the polarization resistance of the electrode. In particular, research and development of a new air electrode is essential because the performance deterioration due to the increase of the polarization resistance of the air electrode is dominant compared with the increase of the polarization resistance of the electrolyte and the fuel electrode.

최근 AA'B2O5 +d의 화학 구조를 보이는 이중층 페로브스카이트 산화물(layered perovskite Oxide)이 중저온형 고체산화물 연료전지(Intermediate-Temperature Solid oxide fuel cell, IT-SOFC)의 공기극으로 적용되고 있다. 이 중 A-site는 주로 Ce, Pr, Nd, Pm, Sm 및 Gd 등 Lanthanide 원소를 치환하며, A'-site는 Ba 및 Sr을 단계적으로 치환하는 연구가 진행되었다. B-site는 Co, Fe, Mn, Ni 및 Cu 등을 치환하여 열팽창 계수를 낮춰 Cathode와 전해질 사이의 호환성을 향상시켜 성능을 개선하는 연구가 진행되었다.Recently, a layered perovskite oxide, which shows the chemical structure of AA'B 2 O 5 + d , is applied as an air electrode of an intermediate-temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) have. Among them, A-site mainly substitutes Lanthanide element such as Ce, Pr, Nd, Pm, Sm and Gd, and the study of substituting Ba and Sr in A'-site has been carried out. B-site has been studied to improve the performance by improving the compatibility between cathodes and electrolytes by lowering the coefficient of thermal expansion by replacing Co, Fe, Mn, Ni and Cu.

이러한 연구에도 불구하고, AA'B2O5 +d의 화학 구조를 보이는 layered perovskite Oxide는 고온의 열처리 조건에서 장시간 진행해야 하므로 공정의 효율성이 낮으며, 일반적으로 중간상이 나타난 후 최종 AA'B2O5 +d의 화학 구조를 갖는 layered perovskite Oxide가 제조되므로 최종 제조된 공기극 분말의 입자크기가 너무 조대한 문제점이 있다. 또한 공기극 분말의 입자크기가 조대화되면 산소분자를 환원시키는 환원력이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. These studies were though, AA'B 2 O layered perovskite Oxide showing the chemical structure of the 5 + d, so should proceed for a long time in the heat treatment condition of high temperature is low in the efficiency of the process, typically after the final intermediate image is shown AA'B 2 Since the layered perovskite oxide having the chemical structure of O 5 + d is produced, the particle size of the final cathode electrode powder is too large. Also, when the particle size of the air electrode powder is coarsened, there is a problem that the reducing power for reducing oxygen molecules is reduced.

한국공개특허 제10-2017-0044462호Korean Patent Publication No. 10-2017-0044462

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, AA'B2O5 +d의 화학 구조에서 A 자리(site)에 Sm 및 Nd을 함께 치환시켜 전기전도성 및 면적비저항(ASR)이 향상되는 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 제공함에 있다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to improve the electrical conductivity and the area specific resistance (ASR) by substituting Sm and Nd in the A site in the chemical structure of AA'B 2 O 5 + Wherein the solid oxide fuel cell comprises a cathode active material.

또한 본 발명은 상술한 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 이용한 고체산화물연료전지용 공기극을 포함한다. The present invention also includes an air electrode for a solid oxide fuel cell using the above-described cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other unspecified purposes of the present invention will be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 하기 화학식 1의 화합물로 표현되며, Sm 자리에 Nd이 치환되어 하기 관계식 1을 만족할 수 있다:In order to achieve the above object, an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention is represented by the following chemical formula 1, wherein Nd is substituted for the Sm site,

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(Sm1 - xNdx)Ba1 - ySryCozO5 +d (Sm 1 - x Nd x ) Ba 1 - y Sr y Co z O 5 + d

(상기 화학식 1에서, 0 < x < 1, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1 이고, d는 0 초과 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.)(In the formula 1, 0 <x <1, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1, and d is a positive number of more than 0 and 1 or less.

[관계식 1][Relation 1]

EC ≥ 400EC ≥ 400

(상기 관계식 1에서, EC는 상기 공기극 분말 2g을 압축성형하여 5.5mm×4mm×24mm 크기의 바(bar) 형태로 제작한 후 500℃에서 측정한 전기전도도를 의미하며, EC의 단위는 S/cm이다.)(In the above relational expression 1, EC means the electrical conductivity measured at 500 ° C in the form of a bar having a size of 5.5 mm x 4 mm x 24 mm by compression-molding 2 g of the air electrode powder, and the unit of EC is S / cm.)

본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말에 있어, 상기 x는 0.5 ≤ x ≤ 0.9 일 수 있다. In the cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, x may be 0.5? X? 0.9.

본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말에 있어, 상기 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 정방정계 결정구조를 가질 수 있다. In the cathode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, the cathode powder for a solid oxide fuel cell may have a tetragonal crystal structure.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법은 a) 금속염 및 연소원료를 혼합하여 금속염 혼합용액을 얻는 단계; b) 상기 금속염 혼합용액을 가열하여 원료분말을 제조하는 단계; c) 상기 원료분말을 하소하여 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 하기 화학식 1로 표현되며, Sm 자리에 Nd이 치환되어 하기 관계식 1을 만족할 수 있다:According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell, comprising the steps of: a) mixing a metal salt and a combustion material to obtain a metal salt mixed solution; b) heating the metal salt mixed solution to produce a raw material powder; and c) calcining the raw material powder to produce a cathode powder for a solid oxide fuel cell, wherein the cathode powder for a solid oxide fuel cell is represented by the following Formula 1, Can:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(Sm1 - xNdx)Ba1 - ySryCozO5 +d (Sm 1 - x Nd x ) Ba 1 - y Sr y Co z O 5 + d

(상기 화학식 1에서, 0 < x < 1, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1 이고, d는 0 초과 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.)(In the formula 1, 0 <x <1, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1, and d is a positive number of more than 0 and 1 or less.

[관계식 1][Relation 1]

EC ≥ 400EC ≥ 400

(상기 관계식 1에서, EC는 상기 공기극 분말 2g을 압축성형하여 5.5mm×4mm×24mm 크기의 바(bar) 형태로 제작한 후 500℃에서 측정한 전기전도도를 의미하며, EC의 단위는 S/cm이다.)(In the above relational expression 1, EC means the electrical conductivity measured at 500 ° C in the form of a bar having a size of 5.5 mm x 4 mm x 24 mm by compression-molding 2 g of the air electrode powder, and the unit of EC is S / cm.)

본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법에 있어, 상기 금속염은 상기 화학식 1의 화합물을 생성할 수 있는 화학양론적 비율의 사마륨(Sm) 질산염, 네오디뮴(Nd) 질산염, 스트론튬(Sr) 질산염 및 코발트(Co) 질산염의 혼합물을 포함할 수 있다. In the method of manufacturing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, the metal salt may include a stoichiometric ratio of samarium (Sm) nitrate, neodymium (Nd) nitrate, strontium (Sr) nitrate and cobalt (Co) nitrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법에 있어, 상기 c) 단계시, 하소 온도는 600 내지 1100℃ 일 수 있다.In the method of manufacturing the cathode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, the calcination temperature may be 600 to 1100 ° C in the step c).

또한, 본 발명은 상술한 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 포함하는 고체산화물연료전지용 공기극을 포함한다. The present invention also includes a cathode for a solid oxide fuel cell comprising the above-described cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 제조방법은 전해질지지체를 준비하는 단계; 상술한 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 포함하는 공기극 페이스트를 상기 전해질 지지체에 코팅하는 단계; 및 코팅된 전해질지지체를 소결하는 단계;를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cathode for a solid oxide fuel cell, comprising: preparing an electrolyte support; Coating the electrolyte support with an air electrode paste containing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell; And sintering the coated electrolyte support.

본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 제조방법에 있어, 상기 공기극 페이스트는 분산제 및 수지용액을 포함할 수 있다. In the method of manufacturing an air electrode for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, the air electrode paste may include a dispersant and a resin solution.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 Sm 자리에 Nd이 치환됨에 따라 전기전도성이 향상될 수 있다.As described above, the electrical conductivity of the air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention can be improved by replacing Nd in the Sm site.

또한 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법은 기존 고상소결법 대비 낮은 하소온도에서 순수한 결정상을 얻을 수 있고, Sm과 Nd이 AA'B2O5+d의 화학 구조에서 A 자리(A-site)에 함께 치환되어 단일상으로 형성된 고용체를 제공할 수 있다. In addition, solid oxide fuel cell air electrode powder production process according to the present invention is to obtain a pure crystal phase at a lower calcining temperature than conventional solid-phase sintering method, Sm and Nd yi A place in the chemical structure of AA'B 2 O 5 + d (A- site to form a single-phase solid solution.

또한 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 균일하고 미세한 그레인(grain) 크기를 가지므로, 이러한 공기극 분말을 이용한 고체산화물연료전지용 공기극은 좀 더 미세한 기공구조를 가질 수 있어서 삼상계면의 증가와 함께 열충격에 의한 다공구조의 파괴를 방지할 수 있다. Further, since the air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention has a uniform and fine grain size, the air electrode for a solid oxide fuel cell using such an air electrode powder can have a finer pore structure, Breakage of the porous structure due to thermal shock can be prevented.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if the effects are not explicitly mentioned here, the effect described in the following specification, which is expected by the technical features of the present invention, and its potential effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 XRD 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 10 내지 14 및 비교예 3 내지 8에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 XRD 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 14 내지 16에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 XRD 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 8에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 SEM 사진이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 7에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 고배율 SEM 사진이다.
도 5b는 본 발명의 실시예 8에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 고배율 SEM 사진이다.
도 5c는 본 발명의 실시예 9에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 고배율 SEM 사진이다.
도 6a는 본 발명의 실시예 24에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극의 표면을 도시한 SEM 사진이다.
도 6b는 본 발명의 실시예 24에서 제작된 반전지를 절단한 후, 공기극 및 전해질지지체의 절단면을 도시한 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조된 고체산화물연료전지용 공기극 분말의 전기전도도 측정결과를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 17 내지 25 및 비교예 9에서 제작된 반전지의 면적비저항 측정결과를 도시한 도면이다.
1 is an XRD graph of an air electrode powder for a solid oxide fuel cell produced in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 of the present invention.
2 is an XRD graph of the cathode powder for solid oxide fuel cells prepared in Examples 10 to 14 and Comparative Examples 3 to 8 of the present invention.
3 is an XRD graph of the cathode powder for a solid oxide fuel cell manufactured in Examples 14 to 16 of the present invention.
4 is a SEM photograph of an air electrode powder for a solid oxide fuel cell manufactured in Example 8 of the present invention.
5A is a high-magnification SEM photograph of an air electrode powder for a solid oxide fuel cell manufactured in Example 7 of the present invention.
FIG. 5B is a high-magnification SEM photograph of the cathode powder for a solid oxide fuel cell manufactured in Example 8 of the present invention. FIG.
5C is a high-magnification SEM photograph of the air electrode powder for a solid oxide fuel cell manufactured in Example 9 of the present invention.
6A is a SEM photograph showing the surface of the air electrode for a solid oxide fuel cell manufactured in Example 24 of the present invention.
6B is an SEM photograph showing cut surfaces of an air electrode and an electrolyte support after cutting the half-cell fabricated in Example 24 of the present invention.
7 is a graph showing electric conductivity measurement results of the air electrode powder for a solid oxide fuel cell manufactured in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 of the present invention.
Fig. 8 is a diagram showing the results of area specific resistance measurement of the half-cells produced in Examples 17 to 25 and Comparative Example 9 of the present invention.

이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The following embodiments and drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. In addition, unless otherwise defined in the technical and scientific terms used herein, unless otherwise defined, the meaning of what is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs is as follows, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.

본 발명에서 사용되는 용어 "중저온"은 약 400 내지 750℃의 온도를 의미할 수 있고, "중온"은 약 550 내지 750℃의 온도, "저온"은 400 이상 550℃ 미만의 온도를 의미할 수 있다. As used herein, the term " moderate temperature " may mean a temperature of about 400 to 750 C, " middle temperature " means a temperature of about 550 to 750 C, .

본 발명에서 사용되는 용어 "SBSCO"는 SmBa0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d를 의미할 수 있고, "NBSCO"는 NdBa0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d를 의미할 수 있다.As used herein, the term " SBSCO & quot ; 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d , and "NBSCO" may mean NdBa 0 . 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d .

본 발명의 일 양태에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 하기 화학식 1의 화합물로 표현된다.The cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(Sm1 - xNdx)Ba1 - ySryCozO5 +d (Sm 1 - x Nd x ) Ba 1 - y Sr y Co z O 5 + d

(상기 화학식 1에서, 0 < x < 1, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1 이고, d는 0 초과 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.)(In the formula 1, 0 <x <1, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1, and d is a positive number of more than 0 and 1 or less.

또한, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 상기 화학식 1의 Sm 자리에 Nd이 치환되어 하기 관계식 1을 만족하는 전기전도성을 가진다. Also, the air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention has electric conductivity satisfying the following relational expression 1 by replacing Nd in the Sm site of the formula (1).

[관계식 1][Relation 1]

EC ≥ 400EC ≥ 400

(상기 관계식 1에서, EC는 상기 공기극 분말 2g을 압축성형하여 5.5mm×4mm×24mm 크기의 바(bar) 형태로 제작한 후 500℃에서 측정한 전기전도도를 의미하며, EC의 단위는 S/cm이다.)(In the above relational expression 1, EC means the electrical conductivity measured at 500 ° C in the form of a bar having a size of 5.5 mm x 4 mm x 24 mm by compression-molding 2 g of the air electrode powder, and the unit of EC is S / cm.)

이에 따라, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 기존의 고온의 작동환경에서 사용되는 공기극 재료를 중저온 영역에서 운전하는 경우 전해질 저항 및 전극의 분극저항의 증가에 따른 성능 저하를 방지할 수 있다. Accordingly, the cathode material for a solid oxide fuel cell according to the present invention can prevent performance deterioration due to increase in the electrolyte resistance and the polarization resistance of the electrode when the cathode material used in the existing high temperature operating environment is operated in the middle and low temperature range have.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 상기 화학식 1에서 x는 0.5 ≤ x ≤ 0.9일 수 있다. 상기 x의 범주를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 보다 상승된 전기전도도 효과를 가질 수 있다. In addition, according to another embodiment of the present invention, the cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell may have the following formula: x = 0.5? X? 0.9. When the category of x is satisfied, the cathode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention can have a higher electric conductivity effect.

상세하게, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 상기 관계식 1에서 EC 값이 600 이상일 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 500 이상의 중저온 영역에서 안정하게 작동할 수 있고 전기전도도가 현저하게 상승된 효과를 보인다. In detail, the air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention may have an EC value of 600 or more in the above relational expression (1). Accordingly, the present invention can stably operate in an intermediate low temperature region of 500 or more and exhibits an effect of significantly increasing the electric conductivity.

또한, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 정방정계 결정구조를 가질 수 있다. Also, the cathode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention may have a tetragonal crystal structure.

상세하게, 상술한 Nd이 Sm 자리에 치환됨으로써, 상술한 화학식 1의 격자상수가 증가하게 된다. 즉, Nd이 Sm 자리에 x=0.4 이하의 소량으로 치환되면, 본 발명의 결정구조는 사방정계(orthorhombic system) 결정구조로 유지되어 전자의 이동도가 감소하게 된다. Specifically, by substituting the above-mentioned Nd for the Sm site, the lattice constant of the above-mentioned formula (1) increases. That is, when Nd is substituted with a small amount of x = 0.4 or less in the Sm site, the crystal structure of the present invention is maintained in an orthorhombic system crystal structure, and the mobility of electrons is decreased.

그러나, 상기 Nd이 Sm 자리에 x=0.5 이상의 과량으로 치환되면, 사방정계 결정구조에서 높은 대칭성(high symmetry)을 보이는 정방정계(tetragonal system)의 결정구조로 상변화 하게 되고 이로 인해 사방정계 결정구조보다 높은 전기전도성을 보이게 된다.However, when the Nd is substituted with an excess of x = 0.5 or more in the Sm moiety, the crystal structure changes into a tetragonal system crystal structure showing high symmetry in the orthorhombic crystal structure, Thereby exhibiting higher electrical conductivity.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 상기 화학식 1에서 x는 0.7 ≤ x ≤ 0.8일 수 있다. 상기 x의 범주를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 보다 상승된 전기전도도 효과를 가질 수 있다. Also, according to another embodiment of the present invention, the cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell may have a composition of 0.7? X? 0.8 in the formula (1). When the category of x is satisfied, the cathode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention can have a higher electric conductivity effect.

상세하게, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 상기 관계식 1에서 EC 값이 650 이상일 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 500℃ 이상의 중저온 영역에서 안정하게 작동할 수 있고 전기전도도가 현저하게 상승된 효과를 보인다. In detail, the air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention may have an EC value of 650 or more in the above relational expression (1). Accordingly, the present invention can stably operate in an intermediate and low temperature range of 500 DEG C or higher and exhibits an effect of significantly increasing the electric conductivity.

또한 본 발명은 상술한 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 제조하는 방법을 포함한다. The present invention also includes a method for producing the above-described cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell.

본 발명의 다른 일 양태에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법은 a) 금속염과 연소원료를 혼합하여 금속염 혼합용액을 얻는 단계; b) 상기 금속염 혼합용액을 가열하여 원료분말을 얻는 단계; c) 상기 원료분말을 하소하여 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 하기 화학식 1로 표현되며, Sm 자리에 Nd이 치환되어 하기 관계식 1을 만족할 수 있다:According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell, comprising the steps of: a) mixing a metal salt and a combustion raw material to obtain a metal salt mixed solution; b) heating the mixed metal salt solution to obtain a raw material powder; and c) calcining the raw material powder to produce a cathode powder for a solid oxide fuel cell, wherein the cathode powder for a solid oxide fuel cell is represented by the following Formula 1, Can:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(Sm1 - xNdx)Ba1 - ySryCozO5 +d (Sm 1 - x Nd x ) Ba 1 - y Sr y Co z O 5 + d

(상기 화학식 1에서, 0 < x < 1, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1 이고, d는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.)(In the formula 1, 0 <x <1, 0.4 ≦ y ≦ 0.6, 1.9 ≦ z ≦ 2.1, and d is a positive number of 0 or 1 or less.

[관계식 1][Relation 1]

EC ≥ 400EC ≥ 400

(상기 관계식 1에서, EC는 상기 공기극 분말 2g을 압축성형하여 5.5mm×4mm×24mm 크기의 바(bar) 형태로 제작한 후 500℃에서 측정한 전기전도도를 의미하며, EC의 단위는 S/cm이다.)(In the above relational expression 1, EC means the electrical conductivity measured at 500 ° C in the form of a bar having a size of 5.5 mm x 4 mm x 24 mm by compression-molding 2 g of the air electrode powder, and the unit of EC is S / cm.)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법에 있어, 상기 a) 단계시, 상기 금속염은 상기 화학식 1의 화합물을 생성할 수 있는 화학양론적 비율의 Sm 질산염, Nd 질산염, Sr 질산염 및 Co 질산염의 혼합물을 포함하는 것이 본 발명에서 목적하는 효과 달성에 좋다. Further, in the method of manufacturing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, in the step a), the metal salt may include a stoichiometric ratio of Sm nitrate, Nd nitrate , A mixture of Sr nitrate and Co nitrate is preferable for attaining the aimed effect in the present invention.

또한, 상기 a) 단계시, 상기 금속염 혼합용액은 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매는 상기 금속염과 균질하게 혼합될 수 있는 것이면 족하다. 본 발명에서 상기 용매는 특별히 제한하는 것은 아니지만, 금속염을 용해할 수 있는 극성 용매, 예컨대 물, 증류수일 수 있다. Further, in the step a), the metal salt mixed solution may include a solvent. The solvent may be such that it can be homogeneously mixed with the metal salt. In the present invention, the solvent is not particularly limited, but may be a polar solvent capable of dissolving a metal salt such as water or distilled water.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법에 있어, 상기 b) 단계시, 상기 금속염 혼합용액에서 금속염 및 연소원료 간의 연소합성반응(combustion synthesis reaction)이 일어나서 상기 금속염이 약 1 ㎛ 이하의 분말형태의 산화물로 제조될 수 있도록, 상기 금속염 혼합용액을 약 200 내지 400℃로 가열시킬 수 있다. In addition, in the method of manufacturing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, in the step b), a combustion synthesis reaction between the metal salt and the combustion raw material occurs in the metal salt mixed solution, The metal salt mixed solution may be heated to about 200 to 400 캜 so that it can be made into an oxide of a powder form of about 1 탆 or less.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법에 있어, 상기 c) 단계시, 하소 온도는 상기 화학식 1의 이중층 페로브스카이트 결정구조가 형성될 수 있는 온도로서 600 내지 1200℃인 것이 본 발명에서 목적하는 효과 달성에 좋다. 상세하게, 하소 온도가 600℃ 미만인 경우, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 이중층 페로브스카이트 결정구조를 가지기 어렵다. 또한, 하소 온도가 1200℃ 초과인 경우, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 상기한 Ba(바륨)이 휘발할 뿐만 아니라 Ba을 포함하고 있는 공기극이 용융되는 특성을 보이므로 바람직하지 못하다.In the method of manufacturing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, in the step (c), the calcination temperature is 600 to 600 ° C at which the double layer perovskite crystal structure of the formula (1) 1200 deg. C is preferable for achieving the desired effect in the present invention. In detail, when the calcination temperature is less than 600 ° C, the cathode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention has difficulty in having a double layer perovskite crystal structure. In addition, when the calcination temperature is higher than 1200 ° C., the air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention is not preferable since the above-described Ba (barium) is not only volatilized but also the air electrode containing Ba is melted.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법은, 상기 a) 단계시, 상기 연소원료는 글라이신을 포함할 수 있다. 즉, 상기 a) 단계시, 금속염 및 글라이신을 용매와 혼합하여 금속염 혼합용액을 얻을 수 있다. 이때, 금속염 및 글라이신의 몰비는 금속염:글라이신=1:2~4 인 것이 b) 단계 수행시 원할한 연소합성반응을 개시하고, 미반응 없는 균질한 산화물 원료분말을 수득하는 데 좋다. Meanwhile, in the method of manufacturing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention, in the step a), the combustion raw material may include glycine. That is, in the step a), a metal salt mixed solution may be obtained by mixing the metal salt and glycine with a solvent. At this time, the molar ratio of the metal salt and glycine is preferably in the range of 1: 2 to 4: metal salt: glycine. B) It is preferable to initiate the combustion synthesis reaction properly during the step and to obtain a homogeneous oxide raw material powder without unreacted.

한편, 글라이신을 이용한 연소합성법은 기존 고상합성법에 비해 작은 분말을 얻을 수 있고, 상대적으로 작은 분말을 얻더라도 결정성 및 재현성이 우수한 장점을 보인다. 즉, 글라이신을 이용한 연소합성법은 전구체 용액의 분자상태에서 중간상의 형성없이 직접 최종상으로 빠르게 변환시키므로 저가의 비용으로 균일하면서 나노크기의 분말을 얻을 수 있다. On the other hand, the combustion synthesis method using glycine can obtain a small powder compared to the conventional solid phase synthesis method, and shows a merit that crystallinity and reproducibility are superior even when a relatively small powder is obtained. That is, the combustion synthesis method using glycine rapidly converts the precursor solution from the molecular state of the precursor solution directly to the final phase without forming a middle phase, so that a homogeneous nano-sized powder can be obtained at a low cost.

이외에도, 글라이신을 이용한 연소합성법은 시트르산을 이용한 연소합성법에 비하여 발화력이 상대적으로 높으며, 발열이 쉽게 발생하는 장점이 있다. 즉, 글라이신을 이용한 연소합성법으로 제조한 공기극 분말은 입자크기가 작고 균일하므로, 이러한 공기극 분말을 공기극에 적용하는 경우 초기 입자크기가 작아서 소결 후에도 공기극 분말의 형상이 유지될 수 있으므로 공기극(cathode)의 삼상계면의 증가와 함께 더 조밀한 다공성 구조를 얻을 수 있다. In addition, the combustion synthesis method using glycine is advantageous in that the pyrolysis power is relatively higher than that of the combustion synthesis method using citric acid, and the heat generation is easily generated. That is, since the air electrode powder prepared by the combustion synthesis method using glycine has a small particle size and uniformity, when the air electrode powder is applied to the air electrode, the initial particle size is small and the shape of the air electrode powder can be maintained even after sintering. A denser porous structure can be obtained with the increase of the three-phase interface.

또한 본 발명은 상술한 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 포함하는 고체산화물연료전지용 공기극을 포함한다. The present invention also includes an air electrode for a solid oxide fuel cell comprising the aforementioned cathode electrode powder for a solid oxide fuel cell.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따른 고체산화물연료전지용 공기극은 전해질 지지체 상에 형성될 수 있다. A cathode for a solid oxide fuel cell according to another aspect of the present invention may be formed on an electrolyte support.

또한, 상기 고체산화물연료전지용 공기극은 전해질 지지체형 단전지로 이용될 수 있다. In addition, the cathode for solid oxide fuel cells can be used as an electrolyte supporting body type unit cell.

구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 고체산화물연료전지용 공기극은 기공의 평균크기가 약 0.5 내지 5 ㎛인 다공성 구조이며, 상기 다공성 구조가 전체 공기극을 기준으로 5 부피% 이상 50 부피% 이하로 존재할 수 있다.As a specific, non-limiting example, the cathode for a solid oxide fuel cell is a porous structure having an average size of pores of about 0.5 to 5 탆, and the porous structure may be present in an amount of 5 to 50 vol% have.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고체산화물연료전지용 공기극의 면적비저항(ASR)은 550℃에서 1 내지 4 Ωcm2 범위일 수 있고, 바람직하게는 1.7 내지 3.6 Ωcm2 범위일 수 있고, 보다 바람직하게는 1.75 내지 3.53 Ωcm2 범위일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the area specific resistivity (ASR) of the air electrode for a solid oxide fuel cell is 1 to 4 Ωcm 2 , Preferably in the range of 1.7 to 3.6 Ωcm 2 , more preferably in the range of 1.75 to 3.53 Ωcm 2 Lt; / RTI &gt;

또한, 상기 고체산화물연료전지용 공기극의 면적비저항(ASR)은 600℃에서 0.1 내지 1 Ωcm2 범위일 수 있고, 바람직하게는 0.2 내지 0.7 Ωcm2 범위일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.24 내지 0.54 Ωcm2 범위일 수 있다.The area specific resistivity (ASR) of the air electrode for a solid oxide fuel cell is 0.1 to 1 Ωcm 2 , Preferably 0.2 to 0.7 [Omega] cm &lt; 2 &gt; , More preferably in the range of 0.24 to 0.54 [Omega] cm &lt; 2 &gt; Lt; / RTI &gt;

또한, 상기 고체산화물연료전지용 공기극의 면적비저항(ASR)은 700℃에서 0.01 내지 0.4 Ωcm2 범위일 수 있고, 바람직하게는 0.02 내지 0.2 Ωcm2 범위일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.043 내지 0.098 Ωcm2 범위일 수 있다.The area specific resistivity (ASR) of the air electrode for a solid oxide fuel cell is preferably 0.01 to 0.4 Ωcm 2 And preferably 0.02 to 0.2 Ωcm 2 , More preferably 0.043 to 0.098 Ωcm 2 Lt; / RTI &gt;

또한 본 발명은 상술한 고체산화물연료전지용 공기극의 제조방법을 포함한다. The present invention also includes a method of manufacturing the above-described cathode for a solid oxide fuel cell.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 제조방법은 전해질지지체를 준비하는 단계; 상술한 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 포함하는 공기극 페이스트를 상기 전해질 지지체에 코팅하는 단계; 및 코팅된 전해질지지체를 소결하는 단계;를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cathode for a solid oxide fuel cell, comprising: preparing an electrolyte support; Coating the electrolyte support with an air electrode paste containing an air electrode powder for a solid oxide fuel cell; And sintering the coated electrolyte support.

상세하게, 상기 전해질지지체는 상기 공기극을 지지할 수 있는 것이면 족하지만, 열적 안정성, 전기전도성을 고려하여 세리아계 전해질지지체를 사용할 수 있으나, 본 발명이 세리아계 전해질지지체에 한정되지 않는다. In detail, the electrolyte support may be any material capable of supporting the air electrode, but a ceria electrolyte support may be used in consideration of thermal stability and electrical conductivity. However, the present invention is not limited to the ceria electrolyte support.

상기 공기극 페이스트는 분산제, 수지용액, 용매 등을 포함할 수 있다. The air electrode paste may include a dispersant, a resin solution, a solvent, and the like.

상기 분산제는 당 기술분야에 알려진 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 분산제로는 우레탄계 수지, 아크릴산계 수지, 피롤리돈계 수지, 폴리카르복실산계 수지 등이 있으며, 보다 구체적인 예로는 KD-1 또는 polyvinyl pyrrolidone을 들 수 있다. The dispersant is not particularly limited as long as it is known in the art. Examples of the dispersing agent include urethane resin, acrylic acid resin, pyrrolidone resin and polycarboxylic acid resin. More specific examples include KD-1 and polyvinyl pyrrolidone.

또한, 상기 분산제는 공기극 페이스트 전체중량에 대하여 5 중량% 이하로 포함될 수 있다. The dispersant may be contained in an amount of 5% by weight or less based on the total weight of the air electrode paste.

상기 수지용액은 상기 공기극 페이스트에 점착력을 부여할 수 있는 바인더 수지를 포함하는 것일 수 있다. 상기 바인더 수지로는 이 분야에서 사용되는 것이면 족하므로 특별히 한정되지 않는다. 구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 수지용액은 α-터피네올(α-terpineol) 및 PVB 바인더(BUTVAR)를 포함할 수 있다. The resin solution may include a binder resin capable of imparting an adhesive force to the air electrode paste. The binder resin is not particularly limited as long as it is used in this field. As a specific, non-limiting example, the resin solution may comprise? -Terpineol and a PVB binder (BUTVAR).

상기 용매는 당 기술분야에 알려진 것을 사용할 수 있으며, 제작 공정 중 조성물의 건조를 방지하고 유동성을 조절할 수 있는 것이라면 어떤 용매이든 무방하다. 예를 들면, 아세톤 등을 사용할 수 있다.The solvent may be any solvent known in the art and may be any solvent as long as it can prevent drying of the composition and control the fluidity of the composition during the production process. For example, acetone or the like can be used.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 제조방법에 있어, 상기 코팅된 전해질지지체를 소결하는 단계시, 소결온도는 특별히 제한하지는 않으나 1200℃ 이하, 또는 800 내지 1200℃인 것이 본 발명에서 목적하는 효과 달성에 좋다. Meanwhile, in the method of manufacturing a cathode for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, in the step of sintering the coated electrolyte support, the sintering temperature is not particularly limited, but is preferably 1200 ° C or less, It is good for achieving a desired effect in the invention.

이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 여러 실시 형태 중 일 예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are only a few examples of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1 내지 9,  1 to 9, 비교예Comparative Example 1 내지 2 1 to 2

<GNP(Glycine nitrate process)를 이용한 원료분말 제조>&Lt; Production of raw material powder using GNP (Glycine nitrate process)

금속염으로서 사마륨 질산염((Sm(NO3)3·6H2O), 네오디뮴 질산염((Nd(NO3)3·6H2O), 바륨 질산염((Ba(NO3)2), 스트론튬 질산염((Sr(NO3)2) 및 코발트 질산염((Co(NO3)2·6H2O)를 사용하였고, 상기 금속염을 화학양론비에 따라 (Sm1 -xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9)이 되도록 칭량하였다. 칭량된 금속염을 글라이신(Glycine, C2H5NO2)과 함께 증류수에 용해하였다. 이때, 금속염(Sm+Nd+Ba+Sr+Co 금속염) 및 글라이신의 몰비는 금속염(Sm+Nd+Ba+Sr+Co 금속염):글라이신=1:3 이었다. 상세한 조성은 하기 표 1에 수록하였다. A metal salt of samarium nitrate ((Sm (NO 3) 3 · 6H 2 O), neodymium nitrate ((Nd (NO 3) 3 · 6H 2 O), barium nitrate ((Ba (NO 3) 2 ), strontium nitrate (( Sr (NO 3 ) 2 ) and cobalt nitrate ((Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) were used and the metal salt was changed to (Sm 1 -x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O The weighed metal salt was dissolved in distilled water together with glycine (C 2 H 5 NO 2 ). The weight of the metal salt was adjusted to 5 + d (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9) (Sm + Nd + Ba + Sr + Co metal salt): Glycine = 1: 3. The composition of the metal salt (Sm + Nd + Ba + Sr + Co metal salt) Respectively.

이후 증류수에 용해된 혼합물을 300℃ 온도에서 가열하여 증류수를 증발시켜 산화물 원료분말을 제조하였다. Thereafter, the mixture dissolved in distilled water was heated at a temperature of 300 ° C to evaporate the distilled water to prepare an oxide raw material powder.

<공기극 분말 제조>&Lt; Preparation of air electrode powder &

상기 산화물 원료분말을 공기(air) 분위기에서 1100℃ 3시간으로 하소하여 최종 이중층 페로브스카이트 구조(layered perovskite)의 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.8) 공기극 분말을 제조하였다. Of the oxide raw material powder, air (air) and calcined in a 1100 ℃ 3 sigan atmosphere final double-layer perovskite structure (layered perovskite) (Sm 1 - x Nd x) Ba 0. 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) cathode powder was prepared.

화학조성(Chemical composition)Chemical composition 조성약자(Abbreviations)Abbreviations 실시예 1Example 1 Sm0.9Nd0.1Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.9 Nd 0.1 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO1SNBSCO1 실시예 2Example 2 Sm0.8Nd0.2Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.8 Nd 0.2 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO2SNBSCO2 실시예 3Example 3 Sm0.7Nd0.3Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.7 Nd 0.3 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO3SNBSCO3 실시예 4Example 4 Sm0.6Nd0.4Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.6 Nd 0.4 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO4SNBSCO4 실시예 5Example 5 Sm0.5Nd0.5Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.5 Nd 0.5 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO5SNBSCO5 실시예 6Example 6 Sm0.4Nd0.6Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.4 Nd 0.6 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO6SNBSCO6 실시예 7Example 7 Sm0.3Nd0.7Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.3 Nd 0.7 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO7SNBSCO7 실시예 8Example 8 Sm0.2Nd0.8Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.2 Nd 0.8 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO8SNBSCO8 실시예 9Example 9 Sm0.1Nd0.9Ba0.5Sr0.5Co2O5+d Sm 0.1 Nd 0.9 Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d SNBSCO9SNBSCO9 비교예 1Comparative Example 1 SmBa0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d SmBa 0 . 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d SBSCOSBSCO 비교예 2Comparative Example 2 Ce0 . 9Gd0 . 1O2 +d Ce 0 . 9 Gd 0 . 1 O 2 + d CGO91CGO91

실시예Example 10 내지 16 10 to 16

실시예 8에 기재된 산화물 원료분말을 각각 600℃(실시예 10), 700℃(실시예 11), 800℃(실시예 12), 900℃(실시예 13), 1000℃(실시예 14), 1050℃(실시예 15) 및 1100℃(실시예 16)에서 하소한 것을 제외하고는, 실시예 8과 동일하게 실시하였다. The oxide raw material powders described in Example 8 were heated at 600 ° C (Example 10), 700 ° C (Example 11), 800 ° C (Example 12), 900 ° C (Example 13) The procedure of Example 8 was repeated, except that the calcination was carried out at 1050 占 폚 (Example 15) and 1100 占 폚 (Example 16).

비교예Comparative Example 3 내지 8 3 to 8

실시예 1에 기재된 산화물 원료분말을 각각 상온(비교예 3), 100℃(비교예 4), 200℃(비교예 5), 300℃(비교예 6), 400℃(비교예 7), 및 500℃(비교예 8)에서 열처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다. (Comparative Example 3), 100 占 폚 (Comparative Example 4), 200 占 폚 (Comparative Example 5), 300 占 폚 (Comparative Example 6), 400 占 폚 (Comparative Example 7), and The same procedure as in Example 1 was conducted except that the heat treatment was performed at 500 占 폚 (Comparative Example 8).

실시예Example 17 내지 25,  17 to 25, 비교예Comparative Example 9 9

<공기극 페이스트 제조 및 반전지 제조>&Lt; Production of air electrode paste &

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조된 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0 ~ 0.9) 공기극 분말을 5 g을 각각 준비하였다. 여기서, x가 0인 경우 비교예 9이며, x가 0.1인 경우 실시예 17이며, x가 0.2인 경우 실시예 18이며, x가 0.3인 경우 실시예 19이며, x가 0.4인 경우 실시예 20이며, x가 0.5인 경우 실시예 21이며, x가 0.6인 경우 실시예 22이며, x가 0.7인 경우 실시예 23이며, x가 0.8인 경우 실시예 24이며, x가 0.9인 경우 실시예 25이다.(Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 .05 produced in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 . 5 Sr 0 . And 5 g of 5 Co 2 O 5 + d (x = 0 to 0.9) air electrode powder, respectively. Here, when x is 0, it is Comparative Example 9, and when x is 0.1, Example 17, when x is 0.2, Example 18, when x is 0.3, Example 19, , Example 21 when x is 0.5, Example 22 when x is 0.6, Example 23 when x is 0.7, Example 24 when x is 0.8, Example 25 when x is 0.9, to be.

다음으로, 150 ml 날젠병에 지름 10mm인 지르코니아 볼 20개 투입하고, 상기 공기극 분말 5g에 분산제인 KD-1 또는 polyvinyl pyrrolidone을 공기극 분말 전체중량 대비 5wt% 이하로 투입하였다. Next, 20 zirconia balls having a diameter of 10 mm were charged into a 150 ml mortar, and KD-1 or polyvinyl pyrrolidone, which is a dispersant, was added to 5 g of the air electrode powder in an amount of 5 wt% or less based on the total weight of the air electrode powder.

또한, 상기 날젠병에 α-터피네올(α-terpineol) 및 PVB 바인더(BUTVAR)를 포함하는 수지용액을 추가로 투입한 후, 습식 볼 밀링하여 공기극 분말 슬러리를 제조하였다. 습식 볼 밀링 시, 용매로서 아세톤을 사용하였다.Further, a resin solution containing? -Terpineol and PVB binder (BUTVAR) was further added to the mortar and then wet ball milled to prepare an air electrode powder slurry. In wet ball milling, acetone was used as a solvent.

이후, 상기 공기극 분말 슬러리에 있는 아세톤을 제거한 후 공기극 페이스트를 제조하였다. After removing the acetone in the air electrode powder slurry, an air electrode paste was prepared.

마지막으로, 상기 공기극 페이스트를 CGO91 전해질 지지체에 스크린프린팅 방법을 이용하여 코팅한 후 1100에서 소결하여 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0 ~ 0.9) 공기극 및 CGO91 전해질 지지체로 형성된 반전지를 제작하였다. 여기서, CGO91 전해질 지지체는 Ce0 . 9Gd0 . 1O2 -d 분말을 소정의 크기로 성형한 후 1400에서 약 4시간 동안 소결하여 제조된 것으로, 지름이 21mm이며 두께가 2mm인 원형상태의 소결체이다. Finally, after the air electrode paste was coated by using a screen printing method to CGO91 electrolyte support sintered at 1100 (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0. 5 Sr 0 . 5 C 2 O 5 + d (x = 0 ~ 0.9) cathode and a CGO 91 electrolyte support. Here, the CGO 91 electrolyte support was Ce 0 . 9 Gd 0 . 1 O 2 -d powder to a predetermined size and sintering at 1400 for about 4 hours. The sintered body is a circular sintered body having a diameter of 21 mm and a thickness of 2 mm.

실험예Experimental Example

1) 결정구조 측정1) Determination of crystal structure

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조된 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0 ~ 0.9) 공기극 분말의 XRD 측정결과를 도 1에 도시하였다. (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 .05 produced in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 . 5 Sr 0 . The results of XRD measurement of 5 Co 2 O 5 + d (x = 0 ~ 0.9) air electrode powder are shown in FIG.

도 1을 참조하여 상기 실시예 1 내지 9에서 제조된 공기극 분말의 결정구조를 살핀다. 도 1에 보는 바와 같이, Nd의 치환량이 x=0 내지 0.9에서 SNBSCO 결정구조를 가지는 것을 알 수 있다. 특히, Nd의 치환량이 x=0 내지 0.4인 경우에는 상기 공기극 분말의 공간군(Space Group)이 사방정계(Orthorhombic symmetry(S.G. Pmmm))의 구조를 보이나, Nd의 치환량이 x=0.5 내지 0.9로 증가함에 따라, 사방정계에서 정방정계(Tetragonal symmetry(S.G. P4/mmm))로 구조가 변하는 것을 알 수 있다. 이러한 결정구조의 변화는 2Θ 기준으로 47˚, 54˚, 59˚, 69˚, 및 79˚ 부근에서 분할되던(Splitting) 피크가 하나로 합쳐지는 것으로부터 확인할 수 있다. The crystal structure of the cathode powder prepared in Examples 1 to 9 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, it can be seen that the substitution amount of Nd has SNBSCO crystal structure at x = 0 to 0.9. Especially, when the substitution amount of Nd is x = 0 to 0.4, the space group of the air electrode powder shows a structure of orthorhombic symmetry (SG Pmmm), but when the substitution amount of Nd is x = 0.5 to 0.9 It can be seen that the structure changes from tetragonal to tetragonal symmetry (SG P4 / mmm). The change of the crystal structure can be confirmed from the fact that the peaks split at 47˚, 54˚, 59˚, 69˚, and 79˚ are integrated into one.

또한, 상기 실시예 10 내지 16 및 비교예 3 내지 8에서 제조된 (Sm1 -xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 공기극 분말의 XRD 측정결과를 도 2, 도 3에 각각 도시하였다. The XRD measurement results of the (Sm 1 -x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) air electrode powder prepared in Examples 10 to 16 and Comparative Examples 3 to 8 are shown in FIGS. Respectively.

도 2를 참조하여 상기 실시예 10 내지 14 및 비교예 3 내지 8에서 제조된 (Sm1-xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 공기극 분말의 결정구조를 살핀다. 도 2에 보는 바와 같이, 비교예 3 내지 8에서 제조된 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.8) 공기극 분말의 결정구조는 상술한 산화물 원료분말의 결정구조인 것을 알 수 있다. 그러나, 열처리 온도가 600℃ 이상인 실시예 10 내지 14의 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.8) 공기극 분말은 상술한 산화물 원료분말이 결정화되어서 SNBCO 이중층 페로브스카이트 결정구조를 포함하는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 (Sm1 -xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 공기극 분말은 상기한 GNP법에 의해 제조되어 순수한 결정상을 가질 수 있으므로, 기존 고상합성법 또는 시트르산을 이용한 연소합성법(combustion method)에서 문제시 되었던 중간상 생성 문제, 결정성 저하 문제등을 해소할 수 있다. (Sm 1-x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) cathode powder prepared in Examples 10 to 14 and Comparative Examples 3 to 8 with reference to FIG. 2 . As shown in FIG. 2, (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) It can be seen that the crystal structure of the cathode powder is the crystal structure of the above oxide raw material powder. However, (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 .05 of Examples 10 to 14 having a heat treatment temperature of 600 ° C or higher . 5 Sr 0 . 5 CO 2 O 5 + d (x = 0.8) The cathode powder is crystallized to contain the SNBCO double layer perovskite crystal structure. In addition, since the (Sm 1 -x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) cathode powder according to the present invention can be produced by the GNP method and have a pure crystalline phase, Or problems of intermediate phase formation and crystallinity degradation, which have been problems in the combustion method using citric acid, can be solved.

도 3를 참조하여 상기 실시예 14 내지 16에서 제조된 (Sm1 -xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 공기극 분말의 결정구조를 살핀다. 도 3에 보는 바와 같이, 실시예 14 및 15에서 제조된 공기극 분말은 2Θ 기준으로 약 30 내지 33˚에서 알 수 없는 피크(unknown)가 미세하게 검출되나, 실시예 16에서 제조된 공기극 분말은 상기한 알 수 없는 피크(unknown)가 없으며 2차상이나 중간상이 없는 순수한 결정구조를 가지는 것을 알 수 있다. The crystal structure of the (Sm 1 -x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) cathode powder prepared in Examples 14 to 16 is examined with reference to FIG. As shown in FIG. 3, in the air electrode powder prepared in Examples 14 and 15, an unknown unknown was finely detected at about 30 to 33 ° based on 2Θ, It can be seen that there is no unidentified peak and it has a pure crystal structure without secondary phase or intermediate phase.

2) 표면 사진 측정2) Surface photo measurement

상기 실시예 8에서 제조된 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.8) 공기극 분말의 SEM 측정결과를 도 4에 도시하였다. (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 . 5 Sr 0 . The results of SEM measurement of 5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) air electrode powder are shown in FIG.

도 4를 참조하면, 상기 실시예 8에서 제조된 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.8) 공기극 분말은 약 0.5 내지 3 ㎛의 평균크기를 가지는 그레인(grain)이 서로 응집되어 형성된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) It can be seen that the cathode powder is formed by agglomerating grains having an average size of about 0.5 to 3 μm.

또한, Nd이 Sm 자리에 x=0.5 이상의 과량으로 치환된 경우의 미세구조 특성을 도 5(a), 도 5(b), 도 5(c)에 도시하였다. 도 5(a)는 상기 실시예 7(Sm1-xNdx)Ba0 .5Sr0.5Co2O5+d (x=0.7)의 고배율 SEM 사진이며, 도 5(b)는 상기 실시예 8(Sm1-xNdx)Ba0 .5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8)의 고배율 SEM 사진이며, 도 5(c)는 상기 실시예 9(Sm1-xNdx)Ba0 .5Sr0.5Co2O5+d (x=0.9)의 고배율 SEM 사진이다.Fig. 5 (a), Fig. 5 (b) and Fig. 5 (c) show the microstructural characteristics in the case where Nd is replaced with an excess of x = 0.5 or more in the Sm site. 5 (a) is a high-magnification SEM photograph of Example 7 (Sm 1-x Nd x ) Ba 0 .5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.7) 8 (Sm 1-x Nd x ) Ba 0 .5 Sr 0.5 and the high magnification SEM image of a Co 2 O 5 + d (x = 0.8), Fig. 5 (c) is the embodiment 9 (Sm 1-x Nd x ) Ba 0 .5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.9).

도 5(a), 도 5(b), 도 5(c)를 각각 참조하면, 상기 실시예 8(Sm1-xNdx)Ba0 .5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 조성에서 평균크기가 약 100 nm 이하인 구형의 나노입자가 상술한 그레인(또는 입자)의 표면에 균일하게 분포되어 형성된 것을 알 수 있다(도 5(b) 참조). 반면 상기 실시예 7(Sm1-xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.7)의 조성에서는 상기 실시예 8 보다 상대적으로 큰 나노입자가 형성되고, 또한 상기 실시예 8에 비하여 그레인 표면에 나노입자가 상대적으로 균일하게 분포되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 9(Sm1-xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.9)의 조성에서는 상술한 그레인의 표면에 상기 실시예 8과 유사한 크기를 가지는 나노입자가 형성되어 있으나, 상기 실시예 8에 비하여 그레인 표면에 나노입자가 균일하게 분포되어 있지 않은 것을 알 수 있다. Figure 5 (a), Figure 5 (b), Figure 5 (c) above embodiment, when the respective Reference 8 (Sm 1-x Nd x ) Ba 0 .5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8 ), Spherical nanoparticles having an average size of about 100 nm or less are uniformly distributed on the surface of the above-mentioned grains (or particles) (see Fig. 5 (b)). On the other hand, in Example 7 (Sm 1-x Nd x ) Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d (x = 0.7), nanoparticles relatively larger than those of Example 8 were formed, and the nanoparticles were relatively unevenly distributed on the surface of the grain compared to Example 8 . Further, in Example 9 (Sm 1-x Nd x ) Ba 0 . 5 Sr 0 . The nanoparticles having a size similar to that of Example 8 were formed on the surface of the above-mentioned grains in the composition of 5 Co 2 O 5 + d (x = 0.9). However, compared to Example 8, It can be seen that the

또한, 상기 실시예 24에서 제작된 반전지의 SEM 측정결과를 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시하였다. 도 6(a)는 상기 실시예 24에서 제작된 반전지의 (Sm1 -xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 공기극의 표면을 나타낸 SEM 사진이며, 도 6(b)는 상기 실시예 24에서 제작된 반전지를 절단한 후 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.8) 공기극 및 CGO91 전해질 지지체의 절단면을 나타낸 SEM 사진이다. 6 (a) and 6 (b) show SEM measurement results of the half-papers fabricated in Example 24 above. 6 (a) is an SEM photograph showing the surface of the (Sm 1 -x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) air electrode of the reversed-phase paper prepared in Example 24, b), after cutting if inverted produced in example 24 (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0. 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) air electrode and the CGO 91 electrolyte support.

도 6(a) 및 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 (Sm1 -xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 공기극은 약 0.5 내지 3 ㎛의 평균크기를 가지는 그레인(grain)이 서로 응집되어 형성되며, 약 0.5 내지 5 ㎛의 평균크기의 기공이 형성된 다공성(porous) 구조인 것을 알 수 있다. 또한 본 발명에 따른 (Sm1 -xNdx)Ba0.5Sr0.5Co2O5+d (x=0.8) 공기극은, 상술한 바와 같이, 상기한 GNP법에 의해 제조되므로 산화물 원료분말의 초기 입자크기가 작아서 하소 및 소결 후에도 미세한 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0.8) 공기극은 면적 비저항을 줄이고 공기극 반응이 일어나는 삼상계면을 증가시킴으로써 산소 환원 반응 속도를 향상시킬 수 있다.(Sm 1 -x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) air electrode according to the present invention has a thickness of about 0.5 to 3 It is seen that grains having an average size of 탆 are formed by agglomeration with each other and have a porous structure in which pores having an average size of about 0.5 to 5 탆 are formed. Since the (Sm 1 -x Nd x ) Ba 0.5 Sr 0.5 Co 2 O 5 + d (x = 0.8) air electrode according to the present invention is produced by the GNP method as described above, the initial particles of the oxide raw material powder It is small in size and can have a fine structure even after calcination and sintering. Accordingly, (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 CO 2 O 5 + d (x = 0.8) The air electrode can improve the rate of oxygen reduction reaction by reducing the area resistivity and increasing the three phase interface at which the cathode reaction takes place.

3) 전기전도도 측정3) Electrical Conductivity Measurement

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조된 (Sm1 - xNdx)Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d (x=0 ~ 0.9) 공기극 분말의 전기전도도 측정결과를 도 7에 도시하였다. 전기전도도 측정은 상기 공기극 분말 2 g을 6mm×25mm의 금속 몰드에 장입한 후 압축 성형하여 5.5mm×4mm×24mm의 직사각형 Bar 형태의 전기전도도 시편을 제작하여 Keithley 2400 Sourcemeter 장비로 측정을 실시하였다. 구체적으로, 전기전도도 측정 방법은 DC 4단자법을 이용하였으며, 전류를 인가하여 전압을 측정하였다. 전기전도도 측정 온도 범위는 50 내지 900℃이고, 50℃간격으로 공기 분위기에서 측정하였다. (Sm 1 - x Nd x ) Ba 0 .05 produced in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 . 5 Sr 0 . Fig. 7 shows the result of measuring the electrical conductivity of the 5 Co 2 O 5 + d (x = 0 to 0.9) air electrode powder. Electrical conductivity measurement was carried out by charging 2 g of the cathode powder into a metal mold of 6 mm x 25 mm and compression molding to prepare a rectangular bar type electrical conductivity specimen of 5.5 mm x 4 mm x 24 mm and measuring with a Keithley 2400 Sourcemeter instrument. Specifically, the electric conductivity measurement method was a DC four terminal method, and a voltage was measured by applying a current. The electrical conductivity measurement temperature range was 50 to 900 占 폚, and was measured in an air atmosphere at 50 占 폚 intervals.

도 7을 참조하면, Nd의 치환량이 x=0~0.4로 적은 사방정계(Orthorhombic symmetry (S.G. Pmmm))구조의 공기극 분말 보다 치환량이 x=0.5~0.9로 많은 정방정계(Tetragonal symmetry(S.G. P4/mmm)) 구조의 공기극 분말이 전기 전도도가 더 우수한 것을 알 수 있다. 특히, 상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 중에서 실시예 8인 Sm0 . 2Nd0 . 8Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d 공기극 분말은 측정온도 50에서 2170 S/cm, 500에서 849 S/cm, 700에서 516 S/cm로 상대적으로 가장 높은 전도도 값을 보이는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, a tetragonal symmetry (SG P4 / Z4) having a substitution amount of x = 0.5 to 0.9 is used as a substitute for an air electrode powder having an orthorhombic symmetry (SG Pmmm) mmm)) air electrode powder is more excellent in electric conductivity. Particularly, in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1, Sm 0 . 2 Nd 0 . 8 Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 Co 2 O 5 + d cathode powder exhibits the highest relative conductivity at a measurement temperature of 50 to 2170 S / cm, 500 to 849 S / cm, and 700 to 516 S / cm.

4) 면적비저항(Area Specific Resistance, ASR) 측정4) Area Specific Resistance (ASR) measurement

실시예 17 내지 25 및 비교예 9에서 제작된 반전지의 면적비저항 측정결과를 표 2 및 도 8에 나타내었다. 실시예 17 내지 25 및 비교예 9에서 제작된 반전지를 4-probe/2-electrode 방법을 이용하여 임피던스 결과를 획득한 후 임피던스의 실수측의 결과를 2로 나눈 결과를 면적비저항으로 판단하였다.Table 2 and FIG. 8 show the results of measurement of the area specific resistance of the half-papers fabricated in Examples 17 to 25 and Comparative Example 9. The impedance of the half-cell fabricated in Examples 17 to 25 and Comparative Example 9 was obtained using the 4-probe / 2-electrode method, and the result of dividing the real number side of the impedance by 2 was determined as the area specific resistance.

온도에 따른 면적비저항 (Ωcm2)The area specific resistivity (Ωcm 2 ) 조성약자(Abbreviations)Abbreviations 500℃500 600℃600 700℃700 ℃ 비교예 9Comparative Example 9 SBSCOSBSCO 3.3113113.311311 1.5848931.584893 0.575440.57544 실시예 17Example 17 SNBSCO1SNBSCO1 2.229412.22941 0.3375510.337551 0.0682950.068295 실시예 18Example 18 SNBSCO2SNBSCO2 3.5324823.532482 0.4709990.470999 0.07850.0785 실시예 19Example 19 SNBSCO3SNBSCO3 3.061473.06147 0.5416520.541652 0.098910.09891 실시예 20Example 20 SNBSCO4SNBSCO4 2.5904792.590479 0.4553020.455302 0.09420.0942 실시예 21Example 21 SNBSCO5SNBSCO5 1.7648421.764842 0.3061470.306147 0.054950.05495 실시예 22Example 22 SNBSCO6SNBSCO6 2.1037782.103778 0.39250.3925 0.070650.07065 실시예 23Example 23 SNBSCO7SNBSCO7 1.9781991.978199 0.3824550.382455 0.070650.07065 실시예 24Example 24 SNBSCO8SNBSCO8 1.7505321.750532 0.2441350.244135 0.043960.04396 실시예 25Example 25 SNBSCO9SNBSCO9 2.6219232.621923 0.3881860.388186 0.0588750.058875

표 2 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말로 제작된 반전지(실시예 17 내지 실시예 25)는, Nd이 치환되지 않은 비교예 9(SBSCO) 보다 높은 면적비저항 값을 보이는 것을 알 수 있다. Referring to Table 2 and FIG. 8, the half-papers (Examples 17 to 25) made of the air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to the present invention had higher area resistivity than those of Comparative Example 9 (SBSCO) Value is displayed.

또한, Nd의 치환량이 x=0 내지 0.4로 적은 사방정계(Orthorhombic symmetry (S.G. Pmmm))구조의 공기극 분말 보다 치환량이 x=0.5 내지 0.9로 많은 정방정계(Tetragonal symmetry(S.G. P4/mmm)) 구조의 공기극 분말로 제작된 반전지의 면적비저항이 더 우수한 것을 알 수 있다. In addition, a tetragonal symmetry (SG P4 / mmm) structure having a substitution amount of x = 0.5 to 0.9 as compared with an air electrode powder having an orthorhombic symmetry (SG Pmmm) structure in which the substitution amount of Nd is as small as x = It is found that the area specific resistance of the half-cell made of the air electrode powder of the present invention is better.

특히, 상기 실시예 17 내지 25 및 비교예 9 중에서 실시예 24인 SNBSCO8 공기극 분말(Sm0 . 2Nd0 . 8Ba0 . 5Sr0 . 5Co2O5 +d)을 이용한 반전지는 500℃에서 1.75 Ωcm2, 550℃에서 0.63 Ωcm2, 600℃에서 0.244 Ωcm2, 650에서 0.088 Ωcm2, 700℃에서 0.043 Ωcm2로 가장 낮은 면적비저항값을 보이는 것을 알 수 있다. In particular, the Examples 17 to 25 and Comparative Example 9 in Example 24 of SNBSCO8 air electrode powder (Sm 0. 2 Nd 0. 8 Ba 0. 5 Sr 0. 5 Co 2 O 5 + d) that is inverted with 500 ℃ from 1.75 Ωcm 2, it can be seen at 550 ℃ from 0.244 Ωcm 2, 0.088 Ωcm 2, 700 ℃ at 650 at 0.63 Ωcm 2, 600 ℃ to 0.043 Ωcm 2 to be seen, the lowest area specific resistance value.

따라서, 이와 같은 전기전도도와 면적비저항을 고려하여 상기 x값을 0.7 내지 0.85로 정하는 것이 본 발명에서 목적으로 하는 효과달성에 더욱 바람직한 것을 확인하였다. Therefore, it has been confirmed that it is more preferable to achieve the object of the present invention by setting the x value to 0.7 to 0.85 in consideration of the electric conductivity and the area specific resistance.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (9)

하기 화학식 1의 화합물로 표현되며, Sm 자리에 Nd이 치환되어 하기 관계식 1을 만족하고 정방정계 결정구조를 가지는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 공기극 분말:
[화학식 1]
(Sm1-xNdx)Ba1-ySryCozO5+d
(상기 화학식 1에서, 0.7 < x ≤ 0.85, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1 이고, d는 0 초과 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.)
[관계식 1]
EC ≥ 650
(상기 관계식 1에서, EC는 상기 공기극 분말 2g을 압축성형하여 5.5mm×4mm×24mm 크기의 바(bar)형태로 제작한 후 500℃에서 측정한 전기전도도를 의미하며, EC의 단위는 S/cm이다.)
An air electrode powder for a solid oxide fuel cell, which is represented by the following formula (1), wherein Nd is substituted for the Sm site and satisfies the following relationship (1) and has a tetragonal crystal structure:
[Chemical Formula 1]
(Sm 1-x Nd x ) Ba 1-y Sr y Co z O 5 + d
(In the formula 1, 0.7 <x? 0.85, 0.4? Y? 0.6, 1.9? Z? 2.1, and d is a positive number of more than 0 and 1 or less.
[Relation 1]
EC ≥ 650
(In the above relational expression 1, EC means the electrical conductivity measured at 500 ° C in the form of a bar having a size of 5.5 mm x 4 mm x 24 mm by compression-molding 2 g of the air electrode powder, and the unit of EC is S / cm.)
삭제delete 삭제delete 제1항에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분만을 제조하는 방법으로,
a) 금속염 및 연소연료를 혼합하여 금속염 혼합용액을 얻는 단계;
b) 상기 금속염 혼합용액을 가열하여 원료분말을 제조하는 단계;
c) 상기 원료분말을 하소하여 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 제조하는 단계;를 포함하며
상기 고체산화물연료전지용 공기극 분말은 하기 화학식 1의 화합물로 표현되며, Sm 자리에 Nd이 치환되어 하기 관계식 1을 만족하고 정방정계 결정구조를 가지는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법:
[화학식 1]
(Sm1-xNdx)Ba1-ySryCozO5+d
(상기 화학식 1에서, 0.7 < x ≤ 0.85, 0.4 ≤ y ≤ 0.6, 1.9 ≤ z ≤ 2.1 이고, d는 0 초과 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.)
[관계식 1]
EC ≥ 650
(상기 관계식 1에서, EC는 상기 공기극 분말 2g을 압축성형하여 5.5mm×4mm×24mm 크기의 바(bar)형태로 제작한 후 500℃에서 측정한 전기전도도를 의미하며, EC의 단위는 S/cm이다.)
A method of manufacturing an air electrode discharge for a solid oxide fuel cell according to claim 1,
a) mixing a metal salt and a combustion fuel to obtain a metal salt mixed solution;
b) heating the metal salt mixed solution to produce a raw material powder;
and c) calcining the raw material powder to prepare an air electrode powder for a solid oxide fuel cell
Wherein the cathode powder for a solid oxide fuel cell is represented by the following formula (1), Nd is substituted for the Sm site, and has a tetragonal crystal structure satisfying the following relational expression 1:
[Chemical Formula 1]
(Sm 1-x Nd x ) Ba 1-y Sr y Co z O 5 + d
(In the formula 1, 0.7 <x? 0.85, 0.4? Y? 0.6, 1.9? Z? 2.1, and d is a positive number of more than 0 and 1 or less.
[Relation 1]
EC ≥ 650
(In the above relational expression 1, EC means the electrical conductivity measured at 500 ° C in the form of a bar having a size of 5.5 mm x 4 mm x 24 mm by compression-molding 2 g of the air electrode powder, and the unit of EC is S / cm.)
제 4항에 있어서,
상기 금속염은 상기 화학식 1의 화합물을 생성할 수 있는 화학양론적 비율의 Sm 질산염, Nd 질산염, Sr 질산염 및 Co 질산염의 혼합물을 포함하는 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the metal salt comprises a mixture of stoichiometric proportions of Sm nitrate, Nd nitrate, Sr nitrate and Co nitrate capable of producing the compound of formula (1).
제 4항에 있어서,
상기 c) 단계시, 하소 온도는 600 내지 1200℃인 고체산화물연료전지용 공기극 분말 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the calcining temperature in the step c) ranges from 600 to 1200 ° C.
제 1항에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 포함하는 고체산화물연료전지용 공기극.
An air electrode for a solid oxide fuel cell comprising an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to claim 1.
전해질지지체를 준비하는 단계;
제 1항에 따른 고체산화물연료전지용 공기극 분말을 포함하는 공기극 페이스트를 상기 전해질 지지체에 코팅하는 단계; 및
코팅된 전해질지지체를 소결하는 단계;를 포함하는 고체산화물연료전지용 공기극 제조방법.
Preparing an electrolyte support;
Coating an air electrode paste comprising an air electrode powder for a solid oxide fuel cell according to claim 1 on the electrolyte support; And
And sintering the coated electrolyte support.
제 8항에 있어서,
상기 공기극 페이스트는 분산제 및 수지용액을 포함하는 고체산화물연료전지용 공기극 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the air electrode paste comprises a dispersant and a resin solution.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102271142B1 (en) 2021-02-19 2021-06-29 한밭대학교 산학협력단 Method for control the electrical conductivity of the perovskite cathode
KR20210108920A (en) 2020-02-26 2021-09-03 한밭대학교 산학협력단 Method of measuring electrical conductivity of porous electrode
KR102300201B1 (en) 2021-02-19 2021-09-08 한밭대학교 산학협력단 Porosity measurement method of porous electrode using electrical conductivity
KR20240021351A (en) 2022-08-09 2024-02-19 국립한밭대학교 산학협력단 Porous perovskite cathode material and manufacturing method thereof
KR20240021386A (en) 2022-08-10 2024-02-19 국립한밭대학교 산학협력단 Porous perovskite cathode material for solid oxide fuel cells and manufacturing method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150050605A (en) * 2013-10-29 2015-05-11 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Cathode material for solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell having the same
KR20170044462A (en) 2015-10-15 2017-04-25 주식회사 엘지화학 Solid oxide fuel cell, battery module comprising the same and method for manufacturing solid oxide fuel cell
KR20170096358A (en) * 2016-02-16 2017-08-24 한밭대학교 산학협력단 Cathode based in perovskite for solid oxide fuel cell, manufacturing method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150050605A (en) * 2013-10-29 2015-05-11 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Cathode material for solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell having the same
KR20170044462A (en) 2015-10-15 2017-04-25 주식회사 엘지화학 Solid oxide fuel cell, battery module comprising the same and method for manufacturing solid oxide fuel cell
KR20170096358A (en) * 2016-02-16 2017-08-24 한밭대학교 산학협력단 Cathode based in perovskite for solid oxide fuel cell, manufacturing method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210108920A (en) 2020-02-26 2021-09-03 한밭대학교 산학협력단 Method of measuring electrical conductivity of porous electrode
KR102271142B1 (en) 2021-02-19 2021-06-29 한밭대학교 산학협력단 Method for control the electrical conductivity of the perovskite cathode
KR102300201B1 (en) 2021-02-19 2021-09-08 한밭대학교 산학협력단 Porosity measurement method of porous electrode using electrical conductivity
WO2022177335A1 (en) * 2021-02-19 2022-08-25 한밭대학교 산학협력단 Method for determining microstructure of electrode using electrical conductivity
KR20240021351A (en) 2022-08-09 2024-02-19 국립한밭대학교 산학협력단 Porous perovskite cathode material and manufacturing method thereof
KR20240021386A (en) 2022-08-10 2024-02-19 국립한밭대학교 산학협력단 Porous perovskite cathode material for solid oxide fuel cells and manufacturing method thereof

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