KR102201668B1 - Copper doped metal oxide of perovskite structure and method of manufacturing the same and solid oxide electrode using the same - Google Patents

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Abstract

금속산화물에 금속 구리가 고온 상태에서 용출되어, 촉매능이 증가하며, 고온에서도 우수한 성능을 가지며, 금속 구리의 적용으로 귀금속 대체를 통해 제조 원가 절감 및 성능 향상을 도모할 수 있는 구리가 도핑된 프라세오디늄 스트론튬 티타늄 산화물의 제조 및 이를 이용한 고체산화물 전극 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물은 페로브스카이트 구조의 금속산화물; 및 상기 금속산화물의 표면으로 용출되어, 상기 금속산화물의 표면에 일부가 매립되도록 도핑된 구리;를 포함하며, 상기 금속산화물은 프라세오디뮴(Pr), 스트론튬(Sr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Copper-doped prase that can reduce manufacturing cost and improve performance through the replacement of precious metals through the application of metallic copper, as metallic copper is eluted at high temperature to increase catalytic performance and excellent performance at high temperatures. Disclosed is a method for preparing audinium strontium titanium oxide and a solid oxide electrode using the same.
The copper-doped perovskite-structured metal oxide according to the present invention includes a perovskite-structured metal oxide; And copper eluted to the surface of the metal oxide and doped so as to partially fill the surface of the metal oxide, wherein the metal oxide includes praseodymium (Pr), strontium (Sr), and titanium (Ti). It is characterized.

Description

구리가 도핑된 프라세오디늄 스트론튬 티타늄 산화물의 제조 및 이를 이용한 고체산화물 전극 제조{COPPER DOPED METAL OXIDE OF PEROVSKITE STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND SOLID OXIDE ELECTRODE USING THE SAME}Preparation of copper-doped praseodynium strontium titanium oxide and production of a solid oxide electrode using the same {COPPER DOPED METAL OXIDE OF PEROVSKITE STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND SOLID OXIDE ELECTRODE USING THE SAME}

본 발명은 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속산화물에 금속 구리가 고온 상태에서 용출되어, 촉매능이 증가하며, 고온에서도 우수한 성능을 가지며, 금속 구리의 적용으로 귀금속 대체를 통해 제조 원가 절감 및 성능 향상을 도모할 수 있는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a copper-doped perovskite structure metal oxide and a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same, and more particularly, metal copper is eluted in the metal oxide at a high temperature, thereby increasing catalytic performance, A copper-doped perovskite structure metal oxide that has excellent performance even at high temperatures and can reduce manufacturing cost and improve performance through the replacement of precious metals by applying metallic copper, and a solid oxide electrode using the same. About.

고체산화물 전지는 산소 또는 수소 이온 전도성을 띄는 고체 산화물을 전해질막으로 사용하는 전지로 양극에서 산소의 환원반응으로 생성된 산소 이온이 고체 전해질막을 지나 음극으로 이동한 후 음극에 공급된 수소와 반응하면서 물을 생성하고 이때 생성된 전자가 양극으로 전달될 때 발생하는 외부 전류를 이용하게 된다.A solid oxide battery is a battery that uses a solid oxide having oxygen or hydrogen ion conductivity as an electrolyte membrane.Oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen from the positive electrode pass through the solid electrolyte membrane to the negative electrode and react with the hydrogen supplied to the negative electrode. It generates water and uses an external current generated when the generated electrons are transferred to the anode.

이를 위해, 고체산화물 전지는 캐소드 전극, 고체 전해질 및 애노드 전극으로 구성되는 단위 셀을 기본 구성으로 한다. 이때, 고체산화물 전지에서 발생하는 전기를 집전하기 위해 캐소드 전극 및 애노드 전극을 전류 집전체를 이용하여 전기적으로 연결하고 있다.To this end, the solid oxide battery has a basic configuration of a unit cell composed of a cathode electrode, a solid electrolyte, and an anode electrode. At this time, in order to collect electricity generated in the solid oxide battery, the cathode electrode and the anode electrode are electrically connected using a current collector.

최근, CO2 및 CO 중 1종 이상의 연료를 SOFC(solid oxide fuel cell) 및 SOEC(solid oxide electrolyzer cell) 시스템에 일회 주입으로 밀폐한 후 지속적인 정반응과 가역반응의 반복을 통해 충방전 개념의 2차 전지로 활용하려는 노력이 진행 중에 있다.Recently, at least one type of fuel among CO 2 and CO is sealed in a single injection into SOFC (solid oxide fuel cell) and SOEC (solid oxide electrolyzer cell) system, and then the second charge/discharge concept is repeated through continuous forward and reversible reactions. Efforts to use as batteries are in progress.

이러한 SOFC(solid oxide fuel cell) 및 SOEC(solid oxide electrolyzer cell) 시스템의 막반응기에 사용하기 위해서는 우수한 촉매능 및 뛰어난 열 안정성을 갖는 금속 산화물이 요구되고 있다.In order to be used in the membrane reactor of such a solid oxide fuel cell (SOFC) and a solid oxide electrolyzer cell (SOEC) system, a metal oxide having excellent catalytic performance and excellent thermal stability is required.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0046533호(2006.05.17. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 페로브스카이트형 복합 산화물 및 촉매가 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2006-0046533 (published on May 17, 2006), and the document describes a perovskite-type composite oxide and catalyst.

본 발명의 목적은 금속산화물에 금속 구리가 고온 상태에서 용출되어, 촉매능이 증가하며, 고온에서도 우수한 성능을 가지며, 금속 구리의 적용으로 귀금속 대체를 통해 제조 원가 절감 및 성능 향상을 도모할 수 있는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to elute metallic copper in a metal oxide at a high temperature, thereby increasing catalytic capacity, and having excellent performance even at high temperatures, and copper that can reduce manufacturing costs and improve performance through the replacement of precious metals by applying metallic copper. It is to provide a doped perovskite structure metal oxide, a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물은 페로브스카이트 구조의 금속산화물; 및 상기 금속산화물의 표면으로 용출되어, 상기 금속산화물의 표면에 일부가 매립되도록 도핑된 구리;를 포함하며, 상기 금속산화물은 프라세오디뮴(Pr), 스트론튬(Sr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The copper-doped perovskite-structured metal oxide according to an embodiment of the present invention for achieving the above object may include a perovskite-structured metal oxide; And copper eluted to the surface of the metal oxide and doped so as to partially fill the surface of the metal oxide, wherein the metal oxide includes praseodymium (Pr), strontium (Sr), and titanium (Ti). It is characterized.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조 방법은 (a) 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체, 티타늄 전구체 및 구리 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 하소한 후 분쇄하여 펠렛을 형성하는 단계; (c) 상기 펠렛을 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 소결체를 환원분위기에서 환원 열처리하여, 상기 소결체에 포함된 구리를 상기 소결체의 표면으로 용출시켜 구리가 도핑된 금속산화물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for producing a copper-doped perovskite-structured metal oxide according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) a praseodymium precursor, a strontium precursor, a titanium precursor, and a copper precursor are dissolved in a solvent and then ultrasonic waves are applied. Heating while irradiating to form a mixture; (b) calcining the mixture and then pulverizing to form a pellet; (c) sintering the pellets to form a sintered body; And (d) subjecting the sintered body to reduction heat treatment in a reducing atmosphere to elute copper contained in the sintered body to the surface of the sintered body to form a copper-doped metal oxide.

본 발명에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과 이를 이용한 고체산화물 전극은 Pr-Sr-Ti 금속산화물에 금속 구리가 고온 상태에서 용출되어 박히는 것에 의해, 촉매능이 증가하며, 고온에서도 우수한 성능을 가질 뿐만 아니라, 금속 구리의 적용으로 귀금속 대체를 통해 제조 원가 절감 및 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.The copper-doped perovskite structure metal oxide according to the present invention and the method of manufacturing the same and the solid oxide electrode using the same increase the catalytic performance by eluting and depositing metallic copper in the Pr-Sr-Ti metal oxide at a high temperature. In addition, it has excellent performance even at high temperatures, and it is possible to reduce manufacturing cost and improve performance through the replacement of precious metals by the application of metallic copper.

이 결과, 본 발명에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과 이를 이용한 고체산화물 전극은 우수한 촉매능 및 고온 안정성을 바탕으로 전극의 성능 향상으로 고체산화물 연료전지 및 가스센서 등의 전극으로 이용할 수 있다.As a result, the copper-doped perovskite structure metal oxide according to the present invention and the method of manufacturing the same, and the solid oxide electrode using the same have excellent catalytic performance and high-temperature stability, thereby improving the performance of the solid oxide fuel cell and gas sensor. It can be used as an electrode such as.

또한, 본 발명에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과 이를 이용한 고체산화물 전극은 Pr-Sr-Ti 금속산화물에 금속 구리가 고온 상태에서 용출되어 금속산화물의 표면에 일부가 매립되도록 금속 구리가 도핑되는 것에 의해 전기전도도가 향상된다. 이에 따라, 고체산화물 연료전지 및 가스센서 등의 전극으로 이용할 시, 저항을 감소시킬 수 있으므로 중저온 영역에서도 높은 효율을 유지할 수 있게 된다.In addition, the copper-doped perovskite structure metal oxide according to the present invention and the method of manufacturing the same, and the solid oxide electrode using the same, are part of the surface of the metal oxide by eluting metallic copper in the Pr-Sr-Ti metal oxide at a high temperature. The electrical conductivity is improved by doping metallic copper so that is buried. Accordingly, when used as an electrode such as a solid oxide fuel cell and a gas sensor, the resistance can be reduced, so that high efficiency can be maintained even in a medium-low temperature region.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 제한전류형 가스센서를 나타낸 모식도.
도 3은 제한전류형 가스센서의 상부를 나타낸 모식도.
도 4는 제한전류형 가스센서의 하부를 나타낸 모식도.
도 5는 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시편들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 실시예 5 ~ 8에 따라 제조된 시편들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 실시예 1 ~ 2, 4, 6 ~ 8과 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 대한 전기전도도 측정 결과를 나타낸 그래프.
1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a copper-doped perovskite structure metal oxide according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a limited current type gas sensor.
Figure 3 is a schematic diagram showing the upper portion of the limited current type gas sensor.
Figure 4 is a schematic diagram showing a lower portion of the limited current type gas sensor.
5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis on specimens prepared according to Examples 1 to 4.
6 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of specimens prepared according to Examples 5 to 8.
7 is a graph showing electrical conductivity measurement results for specimens prepared according to Examples 1 to 2, 4, 6 to 8 and Comparative Examples 1 to 3;

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 a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment is to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a copper-doped perovskite structure metal oxide according to a preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물Perovskite structure metal oxide doped with copper

본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물은 페로브스카이트 구조의 금속산화물과, 금속산화물의 표면으로 용출되어, 금속산화물의 표면에 일부가 매립되도록 도핑된 구리를 포함한다.The perovskite-structured metal oxide doped with copper according to an exemplary embodiment of the present invention comprises a perovskite-structured metal oxide and copper doped so that a part of the metal oxide is eluted to the surface of the metal oxide. Include.

이때, 금속산화물은 프라세오디뮴(Pr), 스트론튬(Sr) 및 티타늄(Ti)을 포함한다.In this case, the metal oxide includes praseodymium (Pr), strontium (Sr), and titanium (Ti).

여기서, 금속산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.Here, the metal oxide may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

PrxSryTiO3 Pr x Sr y TiO 3

여기서, x는 0.1 ~ 0.5이고, y는 0.1 ~ 0.5의 정수이다.Here, x is 0.1 to 0.5, and y is an integer of 0.1 to 0.5.

또한, 금속산화물은 하기 화학식 2로 표시될 수도 있다.In addition, the metal oxide may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

PrxSr1-1.5yTiO3 Pr x Sr 1-1.5y TiO 3

여기서, x는 0.1 ~ 0.5이고, y는 0.1 ~ 0.5의 정수이다.Here, x is 0.1 to 0.5, and y is an integer of 0.1 to 0.5.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물은 구리가 0.04 ~ 0.08mol%로 도핑되는 것이 보다 바람직하다. 이때, 구리가 0.04 mol% 미만으로 도핑될 시에는 촉매능 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 구리가 0.08 mol%를 초과하여 도핑될 시에는 구리가 페로브스카이트 구조의 금속산화물에 용출되지 않고 휘발되는 문제를 유발할 수 있다.In addition, the copper-doped perovskite structure metal oxide according to an embodiment of the present invention is more preferably doped with copper in an amount of 0.04 to 0.08 mol%. At this time, when copper is doped to less than 0.04 mol%, it may be difficult to properly exhibit the effect of improving catalytic performance. Conversely, when copper is doped in excess of 0.08 mol%, it may cause a problem in which copper is not eluted into the metal oxide having a perovskite structure but is volatilized.

구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조 방법Method for producing copper-doped perovskite structure metal oxide

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a copper-doped perovskite structure metal oxide according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조 방법은 용해 단계(S110), 하소 단계(S120), 소결 단계(S130) 및 환원 열처리 단계(S140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a copper-doped perovskite structure metal oxide according to an embodiment of the present invention includes a melting step (S110), a calcination step (S120), a sintering step (S130), and a reduction heat treatment step ( S140).

용해Dissolution

용해 단계(S110)에서는 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체, 티타늄 전구체 및 구리 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성한다.In the dissolution step (S110), a praseodymium precursor, a strontium precursor, a titanium precursor, and a copper precursor are dissolved in a solvent and then heated while irradiating with ultrasonic waves to form a mixture.

여기서, 프라세오디뮴 전구체는 Pr6O11 및 Pr2O3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다. 스트론튬 전구체는 SrN2O6, SrCO3 및 SrSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다.Here, the praseodymium precursor includes at least one selected from the group consisting of Pr 6 O 11 and Pr 2 O 3 . The strontium precursor includes at least one selected from the group consisting of SrN 2 O 6 , SrCO 3 and SrSO 4 .

또한, 티타늄 전구체는 TiO2, TiCl4 및 TiOCl2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다. 구리 전구체는 Cu(NO3)2, CuCl2, CuCO3 및 Cu2SO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다.In addition, the titanium precursor includes at least one selected from the group consisting of TiO 2 , TiCl 4 and TiOCl 2 . The copper precursor includes at least one selected from the group consisting of Cu(NO 3 ) 2 , CuCl 2 , CuCO 3 and Cu 2 SO 4 .

특히, 구리 전구체는 금속산화물의 표면으로 용출되는 구리가 0.04 ~ 0.08 mol%가 되도록 혼합되는 것이 바람직하다.In particular, it is preferable that the copper precursor is mixed so that the amount of copper eluting to the surface of the metal oxide is 0.04 to 0.08 mol%.

본 단계에서, 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.In this step, the solvents include acetone, 2-methoxyethanol, DMF (dimethylformamide), octanol, ethoxy ethanol, tetradecane, pentanol. One or more selected from (pentanol), dipropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol, benzene, distilled water (H 2 O), etc. 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 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체, 티타늄 전구체 및 구리 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 the ultrasonic irradiation is less than 10 kHz or less than 1 minute, the praseodymium precursor, the strontium precursor, the titanium precursor, and the copper precursor may not be uniformly mixed with the solvent. Conversely, when the ultrasonic irradiation exceeds 60 kHz or exceeds 60 minutes, there is a problem in that excessive energy is consumed from the viewpoint of process efficiency, which is not preferable.

하소calcination

하소 단계(S120)에서는 혼합물을 하소한 후 분쇄하여 펠렛을 형성한다.In the calcination step (S120), the mixture is calcined and then pulverized to form a pellet.

본 단계에서, 하소는 1,000 ~ 1,200℃에서 6 ~ 12 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 하소 온도가 1,000℃ 미만이거나, 하소 시간이 6시간 미만일 경우에는 혼합물의 표면이 잘 녹지 않을 우려가 있다. 반대로, 하소 온도가 1,200℃를 초과하거나, 하소 시간이 12시간을 초과할 경우에는 혼합물끼리 반응하여 국소적으로 다른 조성을 형성할 수 있으며, 결정립의 크기가 과대하게 커질 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.In this step, calcination is preferably carried out at 1,000 to 1,200°C for 6 to 12 hours. When the calcination temperature is less than 1,000°C or the calcination time is less than 6 hours, there is a concern that the surface of the mixture may not melt well. Conversely, when the calcination temperature exceeds 1,200°C or the calcination time exceeds 12 hours, the mixture may react with each other to form a different composition locally, and the size of the crystal grains may be excessively large, which is not preferable.

소결Sintering

소결 단계(S130)에서는 펠렛을 소결하여 소결체를 형성한다.In the sintering step (S130), the pellets are sintered to form a sintered body.

본 단계에서, 소결은 1,400 ~ 1,500℃에서 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 소결 온도가 1,400℃ 미만이거나, 또는 소결 시간이 5시간 미만일 경우에는 결정화가 제대로 이루어지지 못하는 관계로 상대밀도가 낮아질 우려가 크다. 반대로, 소결 온도가 1,500℃를 초과하거나, 또는 소결 시간이 10시간을 초과할 경우에는 산화물의 평균입경이 커지고 기공의 성장으로 강도를 떨어뜨리며, 더 이상의 효과 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람지하지 못하다.In this step, sintering is preferably performed at 1,400 to 1,500° C. for 5 to 10 hours. If the sintering temperature is less than 1,400°C or the sintering time is less than 5 hours, there is a high concern that the relative density may be lowered because crystallization is not properly performed. Conversely, when the sintering temperature exceeds 1,500°C or the sintering time exceeds 10 hours, the average particle diameter of the oxide increases and the strength decreases due to the growth of pores, and it can act as a factor that increases the manufacturing cost without any further effect. So, I can't cheat.

환원 열처리Reduction heat treatment

환원 열처리 단계(S140)에서는 소결체를 환원분위기에서 환원 열처리하여, 소결체에 포함된 구리를 소결체의 표면으로 용출시켜 구리가 도핑된 금속산화물을 형성한다.In the reduction heat treatment step (S140), the sintered body is subjected to reduction heat treatment in a reducing atmosphere to elute copper contained in the sintered body to the surface of the sintered body to form a copper-doped metal oxide.

본 단계에서, 환원 열처리는 5 ~ 10 중량%의 H2 분위기에서, 1,500 ~ 1,800℃ 조건에서 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 이때, H2가 5 중량% 미만일 경우에는 환원 공정이 원활하게 수행되지 않아 구리가 용출되지 못하는 문제가 있다. 반대로, H2가 10 중량%를 초과할 경우에는 에너지 효율의 측면에서 과량의 수소가 사용되는 문제가 있으므로, 경제적이지 못하다.In this step, the reduction heat treatment is preferably carried out for 5 to 10 hours under conditions of 1,500 to 1,800° C. in an H 2 atmosphere of 5 to 10 wt %. In this case, when H 2 is less than 5% by weight, there is a problem in that the reduction process is not performed smoothly, so that copper cannot be eluted. Conversely, when H 2 exceeds 10% by weight, there is a problem in that an excess of hydrogen is used in terms of energy efficiency, so it is not economical.

또한, 환원 열처리 온도가 1,500℃ 미만이거나, 또는 환원 열처리 시간이 5시간 미만일 경우에는 구리가 원활히 용출되지 못하는 문제가 있다. 반대로, 환원 열처리 온도가 1,800℃를 초과하거나, 또는 환원 열처리 시간이 10시간을 초과할 경우에는 구리가 휘발되는 문제가 있다.In addition, when the reduction heat treatment temperature is less than 1,500° C. or the reduction heat treatment time is less than 5 hours, there is a problem in that copper is not smoothly eluted. Conversely, when the reduction heat treatment temperature exceeds 1,800°C, or the reduction heat treatment time exceeds 10 hours, there is a problem in that copper is volatilized.

또한, 상기 환원 공정은 2 ~ 3회로 수행하여 입자의 표면에 구리를 더 많이 용출시킬 수 있다.In addition, the reduction process may be performed 2 to 3 times to elute more copper on the surface of the particles.

이때, 환원 열처리는 2 ~ 3회 동안 반복 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 환원 열처리를 2 ~ 3회 동안 반복 실시할 시, 소결체의 표면에 구리를 더 많이 용출시켜 전기전도도를 향상시킬 수 있게 된다.At this time, it is preferable to repeat the reduction heat treatment for 2 to 3 times. In this way, when the reduction heat treatment is repeatedly performed for 2 to 3 times, more copper is eluted on the surface of the sintered body, thereby improving electrical conductivity.

상술한 과정에 의해, 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물이 제조될 수 있다.By the above-described process, a copper-doped perovskite-structured metal oxide may be prepared.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 이용한 고체산화물 전극은 고체산화물 연료전지 및 가스 센서 중 어느 하나의 전극으로 사용될 수 있으며, 이하에서는 가스 센서를 일 예로 설명하도록 한다.The solid oxide electrode using the copper-doped perovskite structure metal oxide manufactured by the method according to the embodiment of the present invention described above may be used as an electrode of any one of a solid oxide fuel cell and a gas sensor. The sensor will be described as an example.

도 2는 제한전류형 가스센서를 나타낸 모식도이고, 도 3은 제한전류형 가스센서의 상부를 나타낸 모식도이며, 도 4는 제한전류형 가스센서의 하부를 나타낸 모식도이다.2 is a schematic diagram showing a limited current type gas sensor, FIG. 3 is a schematic diagram showing an upper portion of a limited current type gas sensor, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a lower portion of the limited current type gas sensor.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제한전류형 가스센서(100)는 이온 전도체 역할을 하는 고체 전해질(110)과, 고체 전해질(110)의 상면 및 하면 각각에 배치된 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 포함한다.2 to 4, the limited current type gas sensor 100 includes a solid electrolyte 110 serving as an ion conductor, and a first electrode 120 disposed on the upper and lower surfaces of the solid electrolyte 110, respectively. ) And a second electrode 130.

또한, 제한전류형 가스센서(100)는 고체 전해질(110)의 상면에 구비되되, 외부 기체가 고체 전해질(110)로 유입되게 하는 확산 구멍(141)과, 외부 기체가 확산되는 내부 공간(142)을 갖는 가스 확산 장벽(140)을 더 포함할 수 있다.In addition, the limited current type gas sensor 100 is provided on the upper surface of the solid electrolyte 110, a diffusion hole 141 through which an external gas flows into the solid electrolyte 110, and an internal space 142 through which the external gas is diffused. It may further include a gas diffusion barrier 140 having ).

제한전류형 가스센서(100)는 고체 전해질(110)로서 산화이트륨(Y2O3)을 첨가물로 하는 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia: YSZ)를 사용할 수 있다. 추가적으로, 고체 전해질(110)을 일정 온도로 설정하기 위해 가스 확산 장벽(140))의 외측에 히터(미도시)가 구비될 수 있다.The limiting current type gas sensor 100 may use yttria stabilized zirconia (YSZ) containing yttrium oxide (Y2O 3 ) as an additive as the solid electrolyte 110. Additionally, a heater (not shown) may be provided outside the gas diffusion barrier 140 to set the solid electrolyte 110 to a predetermined temperature.

제한전류형 가스센서(100)는 제1 및 제2 전극(120, 130) 사이에 전압의 인가로 인해 전압에 비례해서 출력 전류가 고체 전해질(110)에 흐르도록 하는 구조로 되어 있다.The limited current type gas sensor 100 has a structure in which an output current flows through the solid electrolyte 110 in proportion to the voltage due to the application of a voltage between the first and second electrodes 120 and 130.

또한, 제한전류형 가스센서(100)는 전압이 상승하면 출력 전류가 포화되고, 포화 영역에서의 출력 전류를 한계 전류라고 한다. 출력 전류의 크기는 산소 농도와 관련이 있다. 따라서, 제한전류형 가스센서(100)는 전압에 따라 얻어진 한계 전류 값으로부터 산소 농도를 검지하고 측정하는 것을 가능하게 한다.Further, in the limited current type gas sensor 100, when the voltage increases, the output current is saturated, and the output current in the saturation region is referred to as a limit current. The magnitude of the output current is related to the oxygen concentration. Accordingly, the limiting current type gas sensor 100 makes it possible to detect and measure the oxygen concentration from the limit current value obtained according to the voltage.

제한전류형 가스센서(100)의 고체 전해질(110)에서의 전류 흐름은 산소 이온의 이동에 근거하고 전압 및 온도에 의존하는 전류 값을 갖는다. 따라서, 제한전류형 가스센서(100)는 대략 650 ~ 800℃의 온도로 설정되고 전압을 인가한다.The current flow in the solid electrolyte 110 of the limited current type gas sensor 100 is based on the movement of oxygen ions and has a current value that is dependent on voltage and temperature. Therefore, the limited current type gas sensor 100 is set to a temperature of approximately 650 to 800°C and applies a voltage.

전술한 바와 같이, 제1 및 제2 전극(120, 130)은 종래에는 다공질의 백금(Pt) 또는 은(Ag)으로 이루어져, 센서 감지 성능을 향상시키는데 한계가 있고, 센서를 제조하기 위한 공정 비용이 많이 드는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 제한전류형 가스센서(100)의 제1 및 제2 전극(120, 130)으로 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조의 Pr-Sr-Ti계 금속산화물을 전극으로 사용하게 되면, 센서 감지 성능을 향상시킬 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있게 된다.As described above, the first and second electrodes 120 and 130 are conventionally made of porous platinum (Pt) or silver (Ag), and there is a limit to improving the sensor sensing performance, and the process cost for manufacturing the sensor I had this a lot of trouble. However, as in the present invention, the Pr-Sr-Ti-based metal oxide of a perovskite structure doped with copper as the first and second electrodes 120 and 130 of the limited current type gas sensor 100 is used as an electrode. If used, it is possible to improve the sensor detection performance and reduce the manufacturing cost.

제1 및 제2 전극(120, 130)은 제1 및 제2 리드선(121, 131)에 각각 접속되어 있다. 제1 및 제2 리드선(121, 131)은 전압을 인가하기 위해 전원부(150)에 접속되어 있다. 전원부(150)는 전류계와 직렬로, 전압계에 병렬로 접속되어 있다.The first and second electrodes 120 and 130 are connected to the first and second lead wires 121 and 131, respectively. The first and second lead wires 121 and 131 are connected to the power supply unit 150 to apply a voltage. The power supply unit 150 is connected in series with the ammeter and in parallel with the voltmeter.

도 3에 도시된 바와 같이, 제한전류형 가스센서(100)에서 가스 확산 장벽(140)의 상부 중앙에는 확산 구멍(141)이 형성되어 있고, 하부에는 고체 전해질(110)이 구비된다.As shown in FIG. 3, in the limited current type gas sensor 100, a diffusion hole 141 is formed in the upper center of the gas diffusion barrier 140, and a solid electrolyte 110 is provided at the lower portion.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제한전류형 가스센서(100)에서 가스 확산 장벽(140)의 하부에는 고체 전해질(110)이 구비되고, 고체 전해질(110)의 하부에는 제2 전극(130)이 구비되며, 제2 전극(130)은 제2 리드선(131)에 연결된다.In addition, as shown in FIG. 4, in the limited current type gas sensor 100, a solid electrolyte 110 is provided under the gas diffusion barrier 140, and a second electrode 130 is provided under the solid electrolyte 110. ) Is provided, and the second electrode 130 is connected to the second lead wire 131.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과 이를 이용한 고체산화물 전극은 Pr-Sr-Ti 금속산화물에 금속 구리가 고온 상태에서 용출되어 박히는 것에 의해, 촉매능이 증가하며, 고온에서도 우수한 성능을 가질 뿐만 아니라, 금속 구리의 적용으로 귀금속 대체를 통해 제조 원가 절감 및 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.As described so far, the copper-doped perovskite structure metal oxide according to an embodiment of the present invention and the method of manufacturing the same, and the solid oxide electrode using the same, the metal copper is eluted in the Pr-Sr-Ti metal oxide at high temperature. By being stuck, the catalytic capacity increases, and not only has excellent performance at high temperatures, but also it is possible to reduce manufacturing cost and improve performance through the replacement of precious metals by applying metallic copper.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과 이를 이용한 고체산화물 전극은 우수한 촉매능 및 고온 안정성을 바탕으로 전극의 성능 향상으로 고체산화물 연료전지 및 가스센서 등의 전극으로 이용할 수 있다.As a result, the copper-doped perovskite structure metal oxide according to the embodiment of the present invention and the method of manufacturing the same, and the solid oxide electrode using the same have excellent catalytic performance and high-temperature stability, thereby improving the performance of the solid oxide fuel cell. And it can be used as an electrode such as a gas sensor.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과 이를 이용한 고체산화물 전극은 Pr-Sr-Ti 금속산화물에 금속 구리가 고온 상태에서 용출되어 금속산화물의 표면에 일부가 매립되도록 금속 구리가 도핑되는 것에 의해 전기전도도가 향상된다. 이에 따라, 고체산화물 연료전지 및 가스센서 등의 전극으로 이용할 시, 저항을 감소시킬 수 있으므로 중저온 영역에서도 높은 효율을 유지할 수 있게 된다.In addition, the copper-doped perovskite structure metal oxide according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same, are obtained by dissolving metal copper to Pr-Sr-Ti metal oxide at a high temperature. Electrical conductivity is improved by doping metallic copper so that a part of the surface is buried. Accordingly, when used as an electrode such as a solid oxide fuel cell and a gas sensor, the resistance can be reduced, so that high efficiency can be maintained even in a medium-low temperature region.

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.Contents not described herein can be sufficiently technically inferred by those skilled in the art, and thus description thereof will be omitted.

1. 시료 제조1. Sample preparation

실시예 1Example 1

Pr6O11, SrN2O6, Cu(NO3)2 및 TiO2를 화학양론비에 따라 칙량한 후, 아세톤에 용해시킨 후 30kHz 조건으로 40분 동안 초음파를 조사하면서 150℃로 가열하여 아세톤을 증발시켜 혼합물을 제조하였다.Pr 6 O 11 , SrN 2 O 6 , Cu(NO 3 ) 2 and TiO 2 were weighed according to the stoichiometric ratio, dissolved in acetone, and heated to 150°C while irradiating ultrasonic waves for 40 minutes at 30 kHz. Was evaporated to prepare a mixture.

다음으로, 혼합물을 1,100℃에서 7시간 동안 하소한 후 분쇄하여 펠렛을 제조하였다.Next, the mixture was calcined at 1,100° C. for 7 hours and then pulverized to prepare a pellet.

다음으로, 펠렛을 1,400℃에서 10 시간 동안 소결하여 소결체를 제조하였다.Next, the pellets were sintered at 1,400° C. for 10 hours to prepare a sintered body.

다음으로, 소결체를 5wt%의 H2 분위기에서, 1,600℃ 조건으로 8시간 동안 환원 열처리하여, 소결체에 포함된 구리를 소결체의 표면으로 용출시켜 Pr0.4Sr0.4TiO3로 조성되는 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.Next, the sintered body is subjected to reduction heat treatment at 1,600°C for 8 hours in a 5wt% H 2 atmosphere, and the copper contained in the sintered body is eluted to the surface of the sintered body, and the copper-doped metal composed of Pr 0.4 Sr 0.4 TiO 3 The oxide was prepared.

실시예 2Example 2

화학식 1에서 x 및 y가 0.3을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.3Sr0.3TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 1, a copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y were respectively 0.3, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.3 Sr 0.3 TiO 3 .

실시예 3Example 3

화학식 1에서 x 및 y가 0.2를 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.2Sr0.2TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 1, a copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.2, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.2 Sr 0.2 TiO 3 .

실시예 4Example 4

화학식 1에서 x 및 y가 0.1을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.1Sr0.1TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 1, a copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.1, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.1 Sr 0.1 TiO 3 .

실시예 5Example 5

Pr6O11, SrN2O6, Cu(NO3)2 및 TiO2를 화학양론비에 따라 칙량한 후, 아세톤에 용해시킨 후 40kHz 조건으로 30분 동안 초음파를 조사하면서 160℃로 가열하여 아세톤을 증발시켜 혼합물을 제조하였다.Pr 6 O 11 , SrN 2 O 6 , Cu(NO 3 ) 2 and TiO 2 were weighed according to the stoichiometric ratio, dissolved in acetone, and heated to 160°C while irradiating ultrasonic waves for 30 minutes at 40 kHz. Was evaporated to prepare a mixture.

다음으로, 혼합물을 1,100℃에서 7시간 동안 하소한 후 분쇄하여 펠렛을 제조하였다.Next, the mixture was calcined at 1,100° C. for 7 hours and then pulverized to prepare a pellet.

다음으로, 펠렛을 1,400℃에서 10 시간 동안 소결하여 소결체를 제조하였다.Next, the pellets were sintered at 1,400° C. for 10 hours to prepare a sintered body.

다음으로, 소결체를 5wt%의 H2 분위기에서, 1,600℃ 조건으로 8시간 동안 환원 열처리를 2회 반복 실시하여, 소결체에 포함된 구리를 소결체의 표면으로 용출시켜 Pr0.4Sr0.4TiO3로 조성되는 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.Next, the sintered body was repeatedly subjected to reduction heat treatment twice for 8 hours under conditions of 1,600°C in a 5 wt% H 2 atmosphere, and the copper contained in the sintered body was eluted to the surface of the sintered body, which was composed of Pr 0.4 Sr 0.4 TiO 3 . A copper-doped metal oxide was prepared.

실시예 6Example 6

화학식 2에서 x 및 y가 0.3을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.3Sr0.55TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 2, a copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Example 5, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y were respectively 0.3, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.3 Sr 0.55 TiO 3 .

실시예 7Example 7

화학식 2에서 x 및 y가 0.2를 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.2Sr0.7TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 2, a copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Example 5, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.2, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.2 Sr 0.7 TiO 3 .

실시예 8Example 8

화학식 2에서 x 및 y가 0.1을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.1Sr0.85TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 2, a copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Example 5, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.1, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.1 Sr 0.85 TiO 3 .

비교예 1Comparative Example 1

Pr6O11, SrN2O6 및 TiO2를 화학양론비에 따라 칙량한 후, 아세톤에 용해시킨 후 30kHz 조건으로 40분 동안 초음파를 조사하면서 150℃로 가열하여 아세톤을 증발시켜 혼합물을 제조하였다.Pr 6 O 11 , SrN 2 O 6 and TiO 2 were weighed according to the stoichiometric ratio, dissolved in acetone, and heated to 150° C. while irradiating ultrasonic waves for 40 minutes at 30 kHz to evaporate acetone to prepare a mixture. .

다음으로, 혼합물을 1,100℃에서 7시간 동안 하소한 후 분쇄하여 펠렛을 제조하였다.Next, the mixture was calcined at 1,100° C. for 7 hours and then pulverized to prepare a pellet.

다음으로, 펠렛을 1,400℃에서 10 시간 동안 소결하여 Pr0.3Sr0.3TiO3로 조성되는 금속산화물을 제조하였다.Next, the pellets were sintered at 1,400° C. for 10 hours to prepare a metal oxide composed of Pr 0.3 Sr 0.3 TiO 3 .

비교예 2Comparative Example 2

x 및 y가 0.2를 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.2Sr0.2TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.A copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y were respectively 0.2, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.2 Sr 0.2 TiO 3 .

비교예 3Comparative Example 3

x 및 y가 0.1을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.1Sr0.1TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 구리가 도핑된 금속산화물을 제조하였다.A copper-doped metal oxide was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y were respectively 0.1, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.1 Sr 0.1 TiO 3 .

2. 결정 구조 관찰2. Observation of crystal structure

도 5는 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시편들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6은 실시예 5 ~ 8에 따라 제조된 시편들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of specimens prepared according to Examples 1 to 4, and FIG. 6 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of specimens prepared according to Examples 5 to 8. This is the graph shown.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, XRD 측정 결과를 통하여 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 8에 따라 제조된 시편들은 페로브스카이트 구조를 나타내고 있으며, 환원 열처리 이후에는 금속산화물의 표면으로 용출된 나노 금속인 구리의 결정면(111)이 나타난 것을 확인하였다.As shown in FIGS. 5 and 6, as can be seen through the XRD measurement results, the specimens prepared according to Examples 1 to 8 exhibit a perovskite structure, and after reduction heat treatment, they elute to the surface of the metal oxide. It was confirmed that the crystal plane 111 of copper, which is a nano metal, appeared.

3. 물성 평가3. Property evaluation

도 7은 실시예 1 ~ 2, 4, 6 ~ 8과 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 대한 전기전도도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing electrical conductivity measurement results for specimens manufactured according to Examples 1 to 2, 4, 6 to 8 and Comparative Examples 1 to 3.

도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 2, 4, 6 ~ 8에 따라 제조된 시편들의 경우, 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 비하여 전기전도도가 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. 이때, 실시예 1 ~ 2, 4에 따라 제조된 시편들이 실시예 6 ~ 8에 비하여 전기전도도 특성이 보다 좋은 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7, in the case of the specimens manufactured according to Examples 1 to 2, 4, and 6 to 8, it can be seen that the electrical conductivity is significantly improved compared to the specimens manufactured according to Comparative Examples 1 to 3. At this time, it can be seen that the specimens manufactured according to Examples 1 to 2 and 4 have better electrical conductivity characteristics than those of Examples 6 to 8.

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.Although the above has been described based on the embodiments of the present invention, various changes or modifications can be made at the level of a person 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 it does not depart from the scope of the technical idea provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the claims set forth below.

S110 : 용해 단계
S120 : 하소 단계
S130 : 소결 단계
S140 : 환원 열처리 단계
S110: dissolution step
S120: calcining step
S130: Sintering step
S140: reducing heat treatment step

Claims (17)

페로브스카이트 구조의 금속산화물; 및
상기 금속산화물의 표면으로 용출되어, 상기 금속산화물의 표면에 일부가 매립되도록 도핑된 구리;를 포함하며,
상기 구리는 5 ~ 10 중량%의 H2 분위기에서, 1,500 ~ 1,800℃ 조건의 고온 상태에서 용출되어, 상기 금속산화물의 표면에 일부가 매립되어 전기전도도를 증가시키며,
상기 금속산화물은 프라세오디뮴(Pr), 스트론튬(Sr) 및 티타늄(Ti)을 포함하고,
상기 금속산화물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물.
[화학식 1]
PrxSryTiO3
(여기서, x는 0.1 ~ 0.4이고, y는 0.1 ~ 0.4의 정수임.)
[화학식 2]
PrxSr1-1.5yTiO3
(여기서, x는 0.1 ~ 0.3이고, y는 0.1 ~ 0.3의 정수임.)
Metal oxide of perovskite structure; And
Includes; copper eluted to the surface of the metal oxide and doped so that a part of the metal oxide is embedded in the surface of the metal oxide,
The copper is eluted in a high temperature condition of 1,500 to 1,800° C. in an H 2 atmosphere of 5 to 10% by weight, and a part is buried in the surface of the metal oxide to increase electrical conductivity,
The metal oxide includes praseodymium (Pr), strontium (Sr) and titanium (Ti),
The metal oxide is a copper-doped perovskite structure metal oxide, characterized in that represented by the following Formula 1 or Formula 2.
[Formula 1]
Pr x Sr y TiO 3
(Where x is 0.1 ~ 0.4, y is an integer of 0.1 ~ 0.4.)
[Formula 2]
Pr x Sr 1-1.5y TiO 3
(Where x is 0.1 ~ 0.3, y is an integer of 0.1 ~ 0.3.)
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 구리는
0.04 ~ 0.08mol%로 도핑된 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물.
The method of claim 1,
The copper is
Copper-doped perovskite structure metal oxide, characterized in that doped with 0.04 ~ 0.08 mol%.
(a) 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체, 티타늄 전구체 및 구리 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성하는 단계;
(b) 상기 혼합물을 하소한 후 분쇄하여 펠렛을 형성하는 단계;
(c) 상기 펠렛을 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 및
(d) 상기 소결체를 환원분위기에서 환원 열처리하여, 상기 소결체에 포함된 구리를 상기 소결체의 표면으로 용출시켜 구리가 도핑된 금속산화물을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (d) 단계에서, 상기 환원 열처리는 5 ~ 10 중량%의 H2 분위기에서, 1,500 ~ 1,800℃ 조건에서 5 ~ 10시간 동안 실시하며, 상기 환원 열처리는 2 ~ 3회 동안 반복 실시하는 것에 의해, 상기 금속산화물의 표면에 구리가 일부 매립되어 전기전도도를 증가시키며,
상기 금속산화물은 프라세오디뮴(Pr), 스트론튬(Sr) 및 티타늄(Ti)을 포함하고,
상기 금속산화물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
[화학식 1]
PrxSryTiO3
(여기서, x는 0.1 ~ 0.4이고, y는 0.1 ~ 0.4의 정수임.)
[화학식 2]
PrxSr1-1.5yTiO3
(여기서, x는 0.1 ~ 0.3 이고, y는 0.1 ~ 0.3 의 정수임.)
(a) dissolving a praseodymium precursor, a strontium precursor, a titanium precursor, and a copper precursor in a solvent and heating while irradiating ultrasonic waves to form a mixture;
(b) calcining the mixture and then pulverizing to form a pellet;
(c) sintering the pellets to form a sintered body; And
(d) forming a copper-doped metal oxide by eluting copper contained in the sintered body to the surface of the sintered body by reducing heat treatment in a reducing atmosphere; and
In the step (d), the reduction heat treatment is performed for 5 to 10 hours under conditions of 1,500 to 1,800°C in an H 2 atmosphere of 5 to 10% by weight, and the reduction heat treatment is repeated for 2 to 3 times. , Copper is partially embedded in the surface of the metal oxide to increase electrical conductivity,
The metal oxide includes praseodymium (Pr), strontium (Sr) and titanium (Ti),
The metal oxide is a method for producing a copper-doped perovskite structure metal oxide, characterized in that represented by the following formula (1) or (2).
[Formula 1]
Pr x Sr y TiO 3
(Where x is 0.1 ~ 0.4, y is an integer of 0.1 ~ 0.4.)
[Formula 2]
Pr x Sr 1-1.5y TiO 3
(Where x is 0.1 ~ 0.3, y is an integer of 0.1 ~ 0.3.)
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 프라세오디뮴 전구체는
Pr6O11 및 Pr2O3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
In step (a),
The praseodymium precursor is
Pr 6 O 11 and Pr 2 O 3 Method for producing a copper-doped perovskite structure metal oxide comprising at least one member selected from the group consisting of.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 스트론튬 전구체는
SrN2O6, SrCO3 및 SrSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
In step (a),
The strontium precursor is
SrN 2 O 6 , SrCO 3 and SrSO 4 Method for producing a copper-doped perovskite structure metal oxide comprising at least one selected from the group consisting of.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 티타늄 전구체는
TiO2, TiCl4 및 TiOCl2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
In step (a),
The titanium precursor is
TiO 2 , TiCl 4 and TiOCl 2 Method for producing a copper-doped perovskite structure metal oxide comprising at least one selected from the group consisting of.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 구리 전구체는
Cu(NO3)2, CuCl2, CuCO3 및 Cu2SO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
In step (a),
The copper precursor is
Cu(NO 3 ) 2 , CuCl 2 , CuCO 3 and Cu 2 SO 4 A method of producing a copper-doped perovskite structure metal oxide comprising at least one selected from the group consisting of.
제5항에 있어서,
상기 구리 전구체는
상기 금속산화물의 표면으로 용출되는 구리가 0.04 ~ 0.08 mol%가 되도록 혼합되는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
The copper precursor is
A method for producing a copper-doped perovskite structure metal oxide, characterized in that the copper eluted to the surface of the metal oxide is mixed to be 0.04 to 0.08 mol%.
제5항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 초음파 조사는
10 ~ 60kHz 조건으로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
In step (a),
The ultrasonic irradiation is
Method for producing a copper-doped perovskite structure metal oxide, characterized in that carried out for 1 to 60 minutes under the conditions of 10 to 60 kHz.
제5항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 하소는
1,000 ~ 1,200℃에서 6 ~ 12 시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
In step (b),
The calcination is
Method for producing a copper-doped perovskite structure metal oxide, characterized in that carried out for 6 to 12 hours at 1,000 ~ 1,200 ℃.
제5항에 있어서,
상기 소결은
1,400 ~ 1,500℃에서 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 구리가 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조방법.
The method of claim 5,
The sintering is
Copper-doped perovskite structure metal oxide, characterized in that carried out at 1,400 ~ 1,500 ℃ for 5 ~ 10 hours.
삭제delete 삭제delete 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 제조된 프라세오디뮴, 스트론튬 및 티타늄을 포함하는 금속산화물을 이용하여 제조된 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 이용한 고체산화물 전극.
A solid oxide electrode using a copper-doped perovskite structure metal oxide prepared using a metal oxide including praseodymium, strontium, and titanium prepared by the manufacturing method according to any one of claims 5 to 13.
제16항에 있어서,
상기 고체산화물 전극은
고체산화물 연료전지 및 가스 센서 중 어느 하나의 전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 구리가 도핑된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 이용한 고체산화물 전극.
The method of claim 16,
The solid oxide electrode is
A solid oxide electrode using a copper-doped perovskite structure metal oxide, which is used as an electrode of any one of a solid oxide fuel cell and a gas sensor.
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