KR102399154B1 - Cathode material for solid oxide fuel cell containing layered perovskite substituted with Co and Ti, and cathode for solid oxide fuel cells including the same - Google Patents

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KR102399154B1 KR1020210188696A KR20210188696A KR102399154B1 KR 102399154 B1 KR102399154 B1 KR 102399154B1 KR 1020210188696 A KR1020210188696 A KR 1020210188696A KR 20210188696 A KR20210188696 A KR 20210188696A KR 102399154 B1 KR102399154 B1 KR 102399154B1
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Abstract

The present invention relates to a cathode material for a solid oxide fuel cell including a layered perovskite oxide satisfying chemical formula of LnMCo_2-xTi_xO_5+δ (0 < x < 2, 0 < δ <= 0. 5, Ln is a lanthanide element, and m is an alkaline earth metal group element), and a manufacturing method thereof.

Description

Co 및 Ti로 치환된 층상 페로브스카이트를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재, 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 {Cathode material for solid oxide fuel cell containing layered perovskite substituted with Co and Ti, and cathode for solid oxide fuel cells including the same}Cathode material for solid oxide fuel cell containing layered perovskite substituted with Co and Ti, and cathode for solid oxide fuel cell comprising the same solid oxide fuel cells including the same}

본 발명은 Co 및 Ti로 치환된 층상 페로브스카이트를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재, 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode material for a solid oxide fuel cell comprising layered perovskite substituted with Co and Ti, and a cathode for a solid oxide fuel cell comprising the same.

고체 산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cells)는 산소와 수소의 화학에너지를 이용하여 고온에서 직접 전기에너지로 바꾸는 에너지 변환장치이다. 고체 산화물 연료전지는 세라믹으로 구성되어 높은 온도(600-1000℃)에서 구동되기 때문에 추가적인 귀금속 촉매가 필요하지 않다는 장점이 있으나 높은 온도에서 구동 시 전극의 화학반응, 열적퇴화 및 크롬(Cr)의 피독 등 장기적 성능에 문제점이 있다.Solid oxide fuel cells (SOFCs) are energy conversion devices that use the chemical energy of oxygen and hydrogen to directly convert them into electrical energy at high temperatures. Solid oxide fuel cells are made of ceramic and have the advantage that they do not require additional noble metal catalysts because they are driven at high temperatures (600-1000°C). There are problems with long-term performance.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 많은 국내외 연구기관에서 중저온 고체산화물 연료전지(IT-SOFC, Intermediate Temperature-operating Solid Oxide Fuel Cells)의 연구 및 개발에 주력하고 있다.To solve this problem, many domestic and foreign research institutes are focusing on research and development of intermediate temperature-operating solid oxide fuel cells (IT-SOFCs).

그러나 IT-SOFC의 경우 비교적 낮은 온도에서 구동 시 공기극의 낮은 이온 전도성 및 산소 환원 반응(ORR, Oxygen Reduction Reaction) 등의 문제점이 보고됨에 따라 보다 우수한 공기극 특성을 보이는 공기극 소재에 대한 연구 및 개발이 필요한 실정이다.However, in the case of IT-SOFC, as problems such as low ion conductivity and oxygen reduction reaction (ORR) have been reported when operating at a relatively low temperature, research and development of cathode materials with better cathode properties are required. the current situation.

이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1213060호가 제시되어 있다.As a similar prior document for this, Republic of Korea Patent Publication No. 10-1213060 has been proposed.

대한민국 등록특허공보 제10-1213060호 (2012.12.11)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1213060 (2012.12.11)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 우수한 공기극 특성을 보이는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재, 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a cathode material for a solid oxide fuel cell exhibiting excellent cathode characteristics, and a cathode for a solid oxide fuel cell including the same.

다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, the above purpose is illustrative, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 하기 화학식 1을 만족하는 층상 페로브스카이트 산화물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object relates to a cathode material for a solid oxide fuel cell comprising a layered perovskite oxide satisfying the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LnMCo2-xTixO5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)LnMCo 2-x Ti x O 5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)

(상기 화학식 1에서 Ln은 란탄족 원소이며, M은 알카리토금속족 원소이다.)(In Formula 1, Ln is a lanthanide element, and M is an alkaline earth metal element.)

상기 일 양태에 있어, 상기 공기극 소재는 0.5 ≤ x ≤ 1.5를 만족하는 것일 수 있다.In the above aspect, the cathode material may satisfy 0.5 ≤ x ≤ 1.5.

상기 일 양태에 있어, 상기 Ln은 Sm, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 또는 Lu이며, 상기 M은 Ba, Sr 또는 Ca일 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 Ln은 Sm이며, M은 Ba일 수 있다.In one aspect, Ln is Sm, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu, and M may be Ba, Sr or Ca and, more specifically, Ln may be Sm, and M may be Ba.

상기 일 양태에 있어, 상기 공기극 소재는 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.In the above aspect, the cathode material may satisfy the following relational expression (1).

[관계식 1][Relational Expression 1]

100 <

Figure 112021150944976-pat00001
100 <
Figure 112021150944976-pat00001

(상기 관계식 1에서 A900, A500, H900 및 H500는 4-프로브법(4-probe)에 의해 측정된 공기극 소재의 전기전도도(S/cm)로, 상기 A900은 공기 분위기 하 900℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 A500은 공기 분위기 하 500℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 H900은 수소 분위기 하 900℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 H500은 수소 분위기 하 500℃에서의 전기전도도(S/cm)이다.)(In Relation 1, A 900 , A 500 , H 900 and H 500 are the electrical conductivity (S/cm) of the cathode material measured by the 4-probe method (4-probe), and the A 900 is 900 under an air atmosphere. Electrical conductivity at °C (S/cm), A 500 is electrical conductivity at 500°C under an air atmosphere (S/cm), H 900 is electrical conductivity at 900°C under hydrogen atmosphere (S/cm), the above H 500 is the electrical conductivity (S/cm) at 500°C under a hydrogen atmosphere.)

상기 일 양태에 있어, 상기 공기극 소재는 A900이 3 내지 15이고, H900이 0.0001 내지 0.01일 수 있으며, A500이 1 내지 10 이고, H500이 0.1 내지 1일 수 있다.In the above aspect, the cathode material may have A 900 of 3 to 15, H 900 of 0.0001 to 0.01, A 500 of 1 to 10, and H 500 of 0.1 to 1.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 고체산화물 연료전지용 공기극 소재를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to an air electrode for a solid oxide fuel cell comprising the above-described cathode material for a solid oxide fuel cell.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 고체산화물 연료전지용 공기극;In addition, another aspect of the present invention is the above-described cathode for a solid oxide fuel cell;

상기 공기극을 마주보고 배치되는 연료극; 및 상기 공기극과 연료극 사이에 배치되는 전해질;을 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.an anode disposed to face the cathode; and an electrolyte disposed between the cathode and the anode.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 하기 화학식 1을 만족하는 층상 페로브스카이트 산화물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재의 제조 방법으로,In addition, another aspect of the present invention is a method for producing a cathode material for a solid oxide fuel cell comprising a layered perovskite oxide satisfying the following formula (1),

a) 하기 화학식 1의 조성을 만족하도록 Ln 전구체 분말, M 전구체 분말, Co 전구체 분말 및 Ti 전구체 분말을 칭량하고 볼밀링하여 분말혼합물을 준비하는 단계; b) 상기 분말혼합물을 800 내지 1100℃에서 1차 열처리하는 단계; 및 c) 1차 열처리된 분말혼합물을 1200 내지 1400℃에서 2차 열처리하는 단계;를 포함하는, 고체산화물 연료전지용 공기극 소재의 제조 방법에 관한 것이다.a) preparing a powder mixture by weighing and ball milling the Ln precursor powder, the M precursor powder, the Co precursor powder, and the Ti precursor powder to satisfy the composition of the following Chemical Formula 1; b) first heat-treating the powder mixture at 800 to 1100°C; and c) secondary heat treatment of the powder mixture subjected to the primary heat treatment at 1200 to 1400° C.

[화학식 1][Formula 1]

LnMCo2-xTixO5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)LnMCo 2-x Ti x O 5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)

(상기 화학식 1에서 Ln은 란탄족 원소이며, M은 알카리토금속족 원소이다.)(In Formula 1, Ln is a lanthanide element, and M is an alkaline earth metal element.)

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극 소재는 Co 및 Ti로 치환된 층상 페로브스카이트를 포함하는 것일 수 있으며, 이를 통해 700℃ 이상의 중고온 온도에서 우수한 전기화학적 특성을 확보할 수 있어, 고체산화물의 연료전지 공기극 소재로 활용이 가능할 수 있다.The cathode material for a solid oxide fuel cell according to the present invention may include a layered perovskite substituted with Co and Ti, and through this, excellent electrochemical properties can be secured at a medium and high temperature of 700° C. or higher, and the solid oxide It can be used as a cathode material for fuel cells of

또한, 공기 또는 질소 분위기 하에서는 온도가 증가할수록 전기전도도가 증가하는 반도체 거동을 보이나, 수소 분위기 하에서는 온도가 증가함에 따라 전기전도도가 점차 증가하다가 600℃ 이상에서 전기전도도가 급격하게 떨어져 절연체와 비슷한 성질을 나타낼 수 있어, 수소센서 소재로도 활용이 가능할 수 있다.In addition, in an air or nitrogen atmosphere, the semiconductor behavior increases as the temperature increases, but in a hydrogen atmosphere, the electrical conductivity gradually increases as the temperature increases. Therefore, it can be used as a hydrogen sensor material.

도 1은 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)의 XRD(X-ray diffraction) 분석 자료이다.
도 2는 SmBaCo2-xTixO5+δ의 XRD 분석 자료이다.
도 3은 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO) 및 CGO91(Ce0.9Gd0.1O2) 혼합물의 XRD 분석 자료이다.
도 4는 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO) 및 YSZ(yttria stabilized zirconia) 혼합물의 XRD 분석 자료이다.
도 5 내지 8은 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)를 사용하여 제조된 반쪽전지의 전기화학 분석 결과로, 도 5는 550℃, 도 6은 650℃, 도 7은 750℃에서의 분석 결과이며, 도 8은 온도에 따른 면적비 저항을 로그로 환산하여 정리한 그래프이다.
도 9는 주변 분위기에 따른 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)의 전기전도도 분석 결과이다.
도 10은 SmBaCo2-xTixO5+δ의 공기 중에서의 전기전도도 분석 결과이다.
1 is an XRD (X-ray diffraction) analysis data of SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO).
2 is an XRD analysis data of SmBaCo 2-x Ti x O 5+δ .
3 is an XRD analysis data of a mixture of SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) and CGO91 (Ce 0.9 Gd 0.1 O 2 ).
4 is an XRD analysis data of a mixture of SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) and yttria stabilized zirconia (YSZ).
5 to 8 are electrochemical analysis results of a half-cell manufactured using SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO), FIG. 5 is an analysis result at 550°C, FIG. 6 is 650°C, and FIG. 7 is an analysis result at 750°C, 8 is a graph organized by converting the area-ratio resistance according to the temperature into logarithms.
9 is an analysis result of electrical conductivity of SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) according to the ambient atmosphere.
10 is an analysis result of electrical conductivity in air of SmBaCo 2-x Ti x O 5+δ .

이하 본 발명에 따른 Co 및 Ti로 치환된 층상 페로브스카이트를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재, 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 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.Hereinafter, the cathode material for a solid oxide fuel cell including the layered perovskite substituted with Co and Ti according to the present invention, and the cathode for a solid oxide fuel cell including the same will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the technical field to which this invention belongs, and the summary of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted.

일반적으로 고체산화물 연료전지의 전기화학 반응은 하기 반응식에 나타낸 바와 같이 캐소드인 공기극의 산소가스 O2가 산소이온 O2-으로 변하는 양극 반응과, 애노드인 연료극의 연료(H2 또는 탄화수소)와 전해질을 통해 이동해 온 산소이온이 반응하는 연료극 반응으로 이루어진다.In general, the electrochemical reaction of the solid oxide fuel cell is an anode reaction in which oxygen gas O 2 of the cathode, which is the cathode, changes to oxygen ion O 2 — as shown in the following reaction equation, and the fuel (H 2 or hydrocarbon) and electrolyte of the anode, which is the anode, as shown in the following reaction formula. It consists of an anode reaction in which oxygen ions that have migrated through the reaction react.

<반응식><reaction formula>

공기극 반응: 1/2 O2 + 2e- -> O2- Cathode reaction: 1/2 O 2 + 2e - -> O 2-

연료극 반응: H2 + O2- -> H2O + 2e- Anode reaction: H 2 + O 2- -> H 2 O + 2e -

고체산화물 연료전지의 공기극에서는 전극 표면에 흡착된 산소가 해리 및 표면 확산을 거쳐 전해질, 캐소드, 기공이 만나는 삼상계면(triple phase boundary)으로 이동하여 전자를 얻어 산소이온으로 되고, 생성된 산소이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하게 되므로, 양극 반응이 일어나는 삼상계면의 면적을 증가시키면 전극의 반응속도를 향상시킬 수가 있다.At the cathode of a solid oxide fuel cell, oxygen adsorbed on the electrode surface undergoes dissociation and surface diffusion, and moves to the triple phase boundary where the electrolyte, cathode, and pores meet to obtain electrons and become oxygen ions. Since it moves to the anode through the electrolyte, the reaction rate of the electrode can be improved by increasing the area of the three-phase interface where the anode reaction occurs.

한편, 본 발명의 일 양태는 고체산화물 연료전지에 사용되는 공기극 소재에 관한 것으로, 상세하게는 하기 화학식 1을 만족하는 층상 페로브스카이트 산화물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재에 관한 것이다.On the other hand, one aspect of the present invention relates to a cathode material used in a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a cathode material for a solid oxide fuel cell comprising a layered perovskite oxide satisfying the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LnMCo2-xTixO5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)LnMCo 2-x Ti x O 5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)

(상기 화학식 1에서 Ln은 란탄족 원소이며, M은 알카리토금속족 원소이다.)(In Formula 1, Ln is a lanthanide element, and M is an alkaline earth metal element.)

이처럼, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극 소재는 Co 및 Ti로 치환된 층상 페로브스카이트를 포함하는 것일 수 있으며, 이를 통해 700℃ 이상의 중고온 온도에서 우수한 전기화학적 특성을 확보할 수 있어, 고체산화물의 연료전지 공기극 소재로 활용이 가능할 수 있다.As such, the cathode material for a solid oxide fuel cell according to the present invention may include a layered perovskite substituted with Co and Ti, and through this, excellent electrochemical properties can be secured at a medium and high temperature of 700 ° C. or higher, It may be possible to use solid oxide as a cathode material for fuel cells.

또한, 공기 또는 질소 분위기 하에서는 온도가 증가할수록 전기전도도가 증가하는 반도체 거동을 보이나, 수소 분위기 하에서는 온도가 증가함에 따라 전기전도도가 점차 증가하다가 600℃ 이상에서 전기전도도가 급격하게 떨어져 절연체와 비슷한 성질을 나타낼 수 있어, 수소센서 소재로도 활용이 가능할 수 있다.In addition, in an air or nitrogen atmosphere, the semiconductor behavior increases as the temperature increases, but in a hydrogen atmosphere, the electrical conductivity gradually increases as the temperature increases. Therefore, it can be used as a hydrogen sensor material.

보다 구체적인 일 예시로, 상기 화학식 1에서, 상기 Ln은 Sm, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 또는 Lu이며, 상기 M은 Ba, Sr 또는 Ca일 수 있으며, 더욱 구체적으로 예를 들면 상기 Ln은 Sm이며, M은 Ba일 수 있다.As a more specific example, in Formula 1, Ln is Sm, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu, and M is Ba, It may be Sr or Ca, and more specifically, for example, Ln may be Sm, and M may be Ba.

상기 화학식 1에서, 상기 x는 Co와 Ti의 함량을 나타내는 것으로, 0 초과 2 미만의 실수일 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ≤ x ≤ 1.5일 수 있다. 이와 같은 범위에서 보다 우수한 공기극 특성을 확보할 수 있다.In Formula 1, x represents the content of Co and Ti, and may be a real number greater than 0 and less than 2, preferably 0.5 ≤ x ≤ 1.5. In this range, it is possible to secure more excellent cathode characteristics.

또한, 상기 화학식 1에서, 상기 δ는 침입형 산소(interstitial oxygen)를 나타내는 것일 수 있으며, 이를 포함함으로써 산소 이온의 전도성이 향상될 수 있다. 구체적인 일 예로, δ는 0 초과 0.5 이하의 실수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 결정 구조에 따라 δ의 값이 정해질 수 있다.In addition, in Formula 1, δ may represent interstitial oxygen, and by including it, the conductivity of oxygen ions may be improved. As a specific example, δ may be a real number greater than 0 and less than or equal to 0.5, but is not limited thereto, and the value of δ may be determined according to a specific crystal structure.

한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 공기극 소재는 공기 또는 질소 분위기와 수소 분위기 하에서의 온도에 따른 전기전도도 거동이 서로 다를 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 상기 공기극 소재는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.On the other hand, as described above, the cathode material according to an embodiment of the present invention may have different electrical conductivity behavior depending on the temperature in air or nitrogen atmosphere and hydrogen atmosphere. Specifically, for example, the cathode material is can be satisfied

[관계식 1][Relational Expression 1]

100 <

Figure 112021150944976-pat00002
100 <
Figure 112021150944976-pat00002

(상기 관계식 1에서 A900, A500, H900 및 H500는 4-프로브법(4-probe)에 의해 측정된 공기극 소재의 전기전도도(S/cm)로, 상기 A900은 공기 분위기 하 900℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 A500은 공기 분위기 하 500℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 H900은 수소 분위기 하 900℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 H500은 수소 분위기 하 500℃에서의 전기전도도(S/cm)이다.)(In Relation 1, A 900 , A 500 , H 900 and H 500 are the electrical conductivity (S/cm) of the cathode material measured by the 4-probe method (4-probe), and the A 900 is 900 under an air atmosphere. Electrical conductivity at °C (S/cm), A 500 is electrical conductivity at 500°C under an air atmosphere (S/cm), H 900 is electrical conductivity at 900°C under hydrogen atmosphere (S/cm), the above H 500 is the electrical conductivity (S/cm) at 500°C under a hydrogen atmosphere.)

즉, 500℃의 중저온에서는 공기 분위기와 수소 분위기 하에서의 전기전도도 차이가 크지 않으나, 900℃의 고온에서는 공기 분위기와 수소 분위기 하에서의 전기전도도 차이가 큼에 따라, 관계식 1의 값이 100을 초과할 수 있으며, 보다 구체적으로 예를 들면

Figure 112021150944976-pat00003
은 150 내지 1000일 수 있으며, 더욱 구체적으로 예를 들면 200 내지 600일 수 있다.That is, at a low and medium temperature of 500 °C, the difference in electrical conductivity between the air atmosphere and the hydrogen atmosphere is not large, but at the high temperature of 900 °C, the electrical conductivity difference between the air atmosphere and the hydrogen atmosphere is large. and, more specifically, for example
Figure 112021150944976-pat00003
may be 150 to 1000, more specifically, for example, may be 200 to 600.

나아가, 상기 관계식 1을 만족하는 조건에서, 상기 공기극 소재는 A900이 3 내지 15이고, H900이 0.0001 내지 0.01일 수 있으며, A500이 1 내지 10 이고, H500이 0.1 내지 1일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 공기극 소재는 A900이 5 내지 10이고, H900이 0.001 내지 0.01일 수 있으며, A500이 3 내지 6 이고, H500이 0.3 내지 1일 수 있다.Further, under the condition that the above relation 1 is satisfied, A 900 may be 3 to 15, H 900 may be 0.0001 to 0.01, A 500 may be 1 to 10, and H 500 may be 0.1 to 1. . More specifically, in the cathode material, A 900 may be 5 to 10, H 900 may be 0.001 to 0.01, A 500 may be 3 to 6, and H 500 may be 0.3 to 1.

이에 따라, 본 고체산화물 연료전지용 공기극 소재는 이동형 연료전지, 발전용 연료전지 또는 고체산화물 수전해전지 등의 공기극으로서 활용이 가능할 수 있을 뿐만 아니라, 수소센서 소재로도 활용이 가능할 수 있다.Accordingly, the present cathode material for a solid oxide fuel cell may be used as a cathode for a mobile fuel cell, a fuel cell for power generation, or a solid oxide water electrolysis cell, as well as as a material for a hydrogen sensor.

한편, 상기 화학식 1을 만족하는 층상 페로브스카이트 산화물의 제조방법은 전통적인 고상합성(Solid State Reaction, SSR)법을 통해 수행될 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 a) 하기 화학식 1의 조성을 만족하도록 Ln 전구체 분말, M 전구체 분말, Co 전구체 분말 및 Ti 전구체 분말을 칭량하고 볼밀링하여 분말혼합물을 준비하는 단계; b) 상기 분말혼합물을 800 내지 1100℃에서 1차 열처리하는 단계; 및 c) 1차 열처리된 분말혼합물을 1200 내지 1400℃에서 2차 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때, Ln 전구체 분말, M 전구체 분말, Co 전구체 분말 및 Ti 전구체 분말은 각각 각 원소의 산화물 또는 탄화물 등일 수 있다.On the other hand, the manufacturing method of the layered perovskite oxide satisfying the formula (1) can be performed through a traditional solid state reaction (SSR) method, specifically, for example, a) to satisfy the composition of the following formula (1) preparing a powder mixture by weighing and ball milling the Ln precursor powder, the M precursor powder, the Co precursor powder, and the Ti precursor powder; b) first heat-treating the powder mixture at 800 to 1100°C; and c) secondary heat treatment of the powder mixture subjected to the primary heat treatment at 1200 to 1400° C.; may include. In this case, the Ln precursor powder, the M precursor powder, the Co precursor powder, and the Ti precursor powder may each be an oxide or a carbide of each element.

[화학식 1][Formula 1]

LnMCo2-xTixO5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)LnMCo 2-x Ti x O 5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)

(상기 화학식 1에서 Ln은 란탄족 원소이며, M은 알카리토금속족 원소이다.)(In Formula 1, Ln is a lanthanide element, and M is an alkaline earth metal element.)

일 예로 SmBaTiCoO5+δ 층상 페로브스카이트 산화물을 제조하고자 하는 경우, Sm2O3 분말, BaCO3 분말, Co3O4 분말 및 TiO2 분말을 제조하고자 하는 페로브스카이트 산화물의 조성에 따라 칭량 및 볼밀링하여 분말혼합물을 제조한 후 1차 열처리 및 2차 열처리를 거쳐 층상 페로브스카이트 산화물을 제조할 수 있다. 이처럼 2차 열처리 공정을 거침으로써 전기전도도 및 면적비저항 특성이 우수한 층상 페로브스카이트 산화물을 제조할 수 있다.For example, if you want to prepare SmBaTiCoO 5+δ layered perovskite oxide, Sm 2 O 3 powder, BaCO 3 powder, Co 3 O 4 powder and TiO 2 According to the composition of the perovskite oxide to be prepared powder After preparing a powder mixture by weighing and ball milling, a layered perovskite oxide can be prepared through a primary heat treatment and a secondary heat treatment. As such, it is possible to prepare a layered perovskite oxide having excellent electrical conductivity and areal resistivity characteristics by passing through the secondary heat treatment process.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 고체산화물 연료전지용 공기극 소재를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to an air electrode for a solid oxide fuel cell comprising the above-described cathode material for a solid oxide fuel cell.

구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 고체산화물 연료전지용 공기극은 상기 고체산화물 연료전지용 공기극 소재, 유기 바인더 및 용제를 포함하는 공기극용 잉크로부터 제조된 것일 수 있으며, 각 성분의 함량은 통상적인 수준이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면 상기 공기극용 잉크는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재 100 중량부에 대하여 유기 바인더 1 내지 10 중량부 및 용제 50 내지 500 중량부를 포함하는 것일 수 있다.Specifically, the cathode for a solid oxide fuel cell according to an example of the present invention may be prepared from ink for a cathode including the cathode material for a solid oxide fuel cell, an organic binder and a solvent, and the content of each component is at a normal level. Although not particularly limited, for example, the ink for the cathode may include 1 to 10 parts by weight of an organic binder and 50 to 500 parts by weight of a solvent based on 100 parts by weight of the cathode material for a solid oxide fuel cell.

상기 유기 바인더는 상기 고체산화물 연료전지용 공기극 소재 과립과 전해질층 간 접착력을 높이기 위해 사용되는 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 폴리비닐부티랄, 폴리비닐아세탈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 폴리부틸아세테이트 및 폴리비닐피롤리돈 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.The organic binder is used to increase the adhesion between the cathode material granules for the solid oxide fuel cell and the electrolyte layer, and may be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art. As a specific example, polyvinyl butyral, poly It may be any one or two or more selected from the group consisting of vinyl acetal, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, polybutyl acetate, and polyvinylpyrrolidone.

상기 용제는 각 구성 성분이 잘 혼합될 수 있도록 하기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예시로 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 아세톤 및 톨루엔 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용제일 수 있다.The solvent is to ensure that each component is well mixed, and can be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art, and as a specific example, water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, toluene, etc. It may be any one or a mixed solvent of two or more selected from the group.

전술한 바와 같이 공기극용 잉크가 준비되면, 전해질층 상에 스크린 프린팅 방식으로 공기극용 잉크를 코팅한 후 800 내지 1500℃에서 30분 내지 3시간 동안 열처리하여 고체산화물 연료전지용 공기극을 제조할 수 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐 반드시 이에 제한되는 것은 아님은 물론이다.When the ink for the cathode is prepared as described above, the cathode for a solid oxide fuel cell can be prepared by coating the ink for the cathode on the electrolyte layer by screen printing and then heat-treating it at 800 to 1500° C. for 30 minutes to 3 hours, Of course, this is only an example and is not necessarily limited thereto.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 고체산화물 연료전지용 공기극을 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 상세하게 고체산화물 연료전지용 공기극; 상기 공기극을 마주보고 배치되는 연료극; 및 상기 공기극과 연료극 사이에 배치되는 전해질;을 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다. 이때, 상기 연료극 및 전해질은 공지된 어떤 것을 사용해도 무방하다.In addition, another aspect of the present invention relates to a solid oxide fuel cell including the above-described cathode for a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a cathode for a solid oxide fuel cell; an anode disposed to face the cathode; and an electrolyte disposed between the cathode and the anode. In this case, any known anode and electrolyte may be used.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 Co 및 Ti로 치환된 층상 페로브스카이트를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재, 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the cathode material for a solid oxide fuel cell including the layered perovskite substituted with Co and Ti according to the present invention, and the cathode for a solid oxide fuel cell including the same according to the present invention through Examples will be described in more detail. However, the following examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight %.

[실시예 1][Example 1]

정확한 실험을 위해서 시약급의 Sm2O3, BaCO3, Co3O4 및 TiO2를 150℃의 전기로에서 1시간 동안 열처리하여 수분을 제거한 뒤 제조하고자 하는 페로브스카이트 산화물(SmBaCoTiO5+δ)의 조성에 따라 정확한 무게를 칭량하였으며, 칭량된 각 분말을 에탄올 용매와 함께 볼밀링을 통해 혼합한 뒤 대기 분위기 하 1000℃에서 6시간 동안 1차 열처리, 1300℃에서 8시간 동안 2차 열처리하여 층상 페로브스카이트 산화물을 제조하였다.For accurate experiments, reagent-grade Sm 2 O 3 , BaCO 3 , Co 3 O 4 and TiO 2 are heat-treated in an electric furnace at 150° C. for 1 hour to remove moisture, and then the perovskite oxide (SmBaCoTiO 5+δ ) was weighed accurately according to the composition A layered perovskite oxide was prepared.

[실시예 2 내지 6][Examples 2 to 6]

하기 표 1에 기재된 바와 같이, 페로브스카이트 산화물(SmBaCo2-xTixO5+δ)의 조성을 달리한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하여 층상 페로브스카이트 산화물을 제조하였다.As shown in Table 1 below, all processes except for changing the composition of the perovskite oxide (SmBaCo 2-x Ti x O 5+δ ) were performed in the same manner as in Example 1 to prepare a layered perovskite oxide did

조성Furtherance xx 실시예 1Example 1 SmBaCoTiO5+δ SmBaCoTiO 5+δ 1.01.0 실시예 2Example 2 SmBaCo0.5Ti1.5O5+δ SmBaCo 0.5 Ti 1.5 O 5+δ 1.51.5 실시예 3Example 3 SmBaCo0.7Ti1.3O5+δ SmBaCo 0.7 Ti 1.3 O 5+δ 1.31.3 실시예 4Example 4 SmBaCo0.9Ti1.1O5+δ SmBaCo 0.9 Ti 1.1 O 5+δ 1.11.1 실시예 5Example 5 SmBaCo1.3Ti0.7O5+δ SmBaCo 1.3 Ti 0.7 O 5+δ 0.70.7 실시예 6Example 6 SmBaCo1.5Ti0.5O5+δ SmBaCo 1.5 Ti 0.5 O 5+δ 0.50.5

[특성 평가][Characteristic evaluation]

1) 결정 구조 분석:1) Crystal structure analysis:

층상 페로브스카이트 산화물의 결정 구조를 확인하기 위하여 XRD(X-ray diffraction) 분석을 실시하였으며, 9 kW, 45 kV 및 200 mA의 조건에서 Cu Kα 필터를 이용하여 분석하였다.To confirm the crystal structure of the layered perovskite oxide, XRD (X-ray diffraction) analysis was performed, and analysis was performed using a Cu Kα filter at 9 kW, 45 kV, and 200 mA conditions.

그 결과, 도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 경우 단일상의 SmBaCoTiO5+δ가 제조된 것을 확인할 수 있었으며, 도 2에 도시된 바와 같이, Ti의 함량이 증가할수록 SmTiO3가, Co의 함량이 증가할수록 SmBaCo2O5+d 상이 증가하였다.As a result, as shown in FIG. 1, in the case of Example 1, it was confirmed that a single-phase SmBaCoTiO 5+δ was prepared, and as shown in FIG. 2 , as the content of Ti increased, SmTiO 3 increased, and the amount of Co As the content increased, the SmBaCo 2 O 5+d phase increased.

추가적으로, 전해질층에 대한 반응성을 확인하기 위하여 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)와 CGO91(Ce0.9Gd0.1O2) 또는 YSZ(yttria stabilized zirconia)를 1:1 중량비로 혼합하여 1000℃에서 열처리한 후 XRD 분석을 수행하였으며, 그 결과 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, CGO91 또는 YSZ와 반응하지 않는 것을 확인할 수 있었다.Additionally, in order to confirm the reactivity to the electrolyte layer, SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) and CGO91 (Ce 0.9 Gd 0.1 O 2 ) or YSZ (yttria stabilized zirconia) were mixed in a 1:1 weight ratio and heat-treated at 1000°C, followed by XRD Analysis was performed, and as a result, as shown in FIGS. 3 and 4, it was confirmed that it did not react with CGO91 or YSZ.

2) 면적비저항 (Ω㎠) 분석:2) Area resistivity (Ωcm2) analysis:

전기화학 분석을 위해서 실시예 1의 층상 페로브스카이트 산화물(SmBaCoTiO5+δ)과 Ce0.9Gd0.1O2(CGO91, Rhodia) 분말 및 비히클(vehicle, fuelcell materials 사)을 혼합하여 공기극 잉크로 제작한 후 지지체 상에 스크린 프린팅 방식으로 코팅한 뒤 1000℃에서 1시간 동안 소결하여 반쪽전지(half cell)를 제작하였다.For electrochemical analysis, the layered perovskite oxide (SmBaCoTiO 5+δ ) of Example 1 and Ce 0.9 Gd 0.1 O 2 (CGO91, Rhodia) powder and a vehicle (vehicle, fuelcell materials) were mixed to produce cathode ink, then coated on a support by screen printing, and then sintered at 1000° C. for 1 hour to prepare a half cell.

상기 반쪽전지의 전기화학 특성을 전기화학분석기(Model nStat, HS Technologies)를 이용하여 공기 분위기 하 500 내지 900℃의 온도 구간에서 주파수 0.05 Hz 내지 2.5 MHz 범위의 임피던스 결과를 확인하였다.The electrochemical characteristics of the half-cell were confirmed by using an electrochemical analyzer (Model nStat, HS Technologies) to determine the impedance results in the frequency range of 0.05 Hz to 2.5 MHz in a temperature range of 500 to 900° C. in an air atmosphere.

도 5 내지 7은 각각 550℃, 650℃, 750℃에서 측정한 임피던스 결과이고, 도 8은 500-900℃ 범위의 임피던스 결과를 그래프로 나타낸 것으로, 실시예 1의 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)를 사용하여 반쪽전지는 750℃에서 0.140 Ω㎠의 우수한 전기화학 특성을 나타내었다.5 to 7 are impedance results measured at 550 ° C., 650 ° C. and 750 ° C., respectively, and Figure 8 is a graph showing the impedance results in the range of 500-900 ° C. SmBaCoTiO 5 + δ (SBCTO) of Example 1 The half-cell used showed excellent electrochemical properties of 0.140 Ωcm2 at 750°C.

보다 상세하게, R1, R2, R3는 각각 공기극->전해질, 공기극->공기극, 대기->공기극으로 산소가 이동할 때 발생하는 저항으로, 실시예 1의 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)는 500℃를 제외한 모든 온도에서 가장 큰 저항(R1)을 나타냈다. 따라서, SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)는 R1에 대한 저항을 감소시킬 경우 큰 성능 향상을 보일 수 있다.In more detail, R 1 , R 2 , and R 3 are the resistances generated when oxygen moves to the cathode->electrolyte, the cathode->air electrode, the air->the cathode, respectively, and SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) of Example 1 is The highest resistance (R 1 ) was exhibited at all temperatures except 500°C. Therefore, SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) can show a great performance improvement when the resistance to R 1 is reduced.

3) 전기전도도 분석:3) Electrical conductivity analysis:

층상 페로브스카이트 산화물의 전기전도도 측정을 위해서, 실시예 1 내지 6에서 각각 준비된 층상 페로브스카이트 산화물을 5.5 ㎜ × 4 ㎜× 25 ㎜의 직사각형 시편으로 압축 성형한 후 공기 분위기 하 1100℃에서 3시간 동안 열처리하여 바(bar) 형태의 시편을 제작하였다.For the measurement of the electrical conductivity of the layered perovskite oxide, the layered perovskite oxide prepared in Examples 1 to 6 was compression molded into a rectangular specimen of 5.5 mm × 4 mm × 25 mm, and then at 1100° C. under an air atmosphere. A bar-shaped specimen was prepared by heat treatment for 3 hours.

이후 시편을 DC 4-프로브법(4-probe)으로 측정하기 위해서 백금 와이어(Pt-wire) 및 백금 잉크(Pt paste)를 이용하여 연결하고 Keithley 2400 Source meter 장비를 이용하여 50 내지 900℃의 온도 범위에서 50℃ 간격으로 전기전도도를 측정하되, 공기, 질소, 수소 분위기로 조건을 달리하여 전기전도도를 측정하였다.Then, to measure the specimen by the DC 4-probe method (4-probe), a platinum wire (Pt-wire) and platinum ink (Pt paste) were used to connect the specimen, and a temperature of 50 to 900°C using a Keithley 2400 Source meter equipment. The electrical conductivity was measured at intervals of 50° C. in the range, but the electrical conductivity was measured under different conditions in air, nitrogen, and hydrogen atmosphere.

그 결과, 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)은 공기 및 질소 분위기 하에서는 온도가 증가할수록 전기전도도가 증가하는 반도체 거동을 보였으나, 수소 분위기 하에서는 온도가 증가함에 따라 전기전도도가 점차 증가하다가 600℃ 이상에서 전기전도도가 급격하게 떨어져 절연체와 비슷한 성질을 보였다. 즉, 높은 온도에서 수소와 반응하여 절연체 성질을 나타내므로 수소센서 물질로도 활용이 가능함을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 9, the SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) of Example 1 showed a semiconductor behavior in which the electrical conductivity increased as the temperature increased in an air and nitrogen atmosphere, but as the temperature increased in a hydrogen atmosphere, As a result, the electrical conductivity gradually increased, but at 600℃ or higher, the electrical conductivity dropped sharply, showing properties similar to those of an insulator. In other words, it was confirmed that it can be used as a hydrogen sensor material because it reacts with hydrogen at high temperature to exhibit insulating properties.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 6의 층상 페로브스카이트 산화물은 Ti 함량이 증가함에 따라 전기전도도가 점차 감소하는 경향을 보였으나, 공기, 질소, 수소 분위기로 조건을 달리하여 전기전도도를 측정할 시 모든 조성에서 실시예 1의 SmBaCoTiO5+δ(SBCTO)와 유사한 전기전도도 거동을 보였다.On the other hand, as shown in FIG. 10, the layered perovskite oxides of Examples 1 to 6 showed a tendency to gradually decrease the electrical conductivity as the Ti content increased, but under different conditions with air, nitrogen, and hydrogen atmospheres. Therefore, when the electrical conductivity was measured, it showed an electrical conductivity behavior similar to that of SmBaCoTiO 5+δ (SBCTO) of Example 1 in all compositions.

이에 반하여, La0.75Sr0.25MnO3[RARE METALS, Vol.28, 2009, p.361], SmBaMn2O5+d[Chem. Mater. Vol.31, 2019, p.3793], PrBa0.8Ca0.2Mn2O5+d[J. Mater. Chem. A, Vol.4, 2016, p.1747], 및 SrTi0.9Co0.1O3[J. Electrochem. En. Conv. Stor., Vol.8, 2011, 501010]의 층상 페로브스카이트 산화물의 경우, H2/Ar 분위기 또는 H2 분위기에서의 전기전도도 거동이 공기 분위기에서의 전기전도도 거동과 유사하였으며, 600℃ 이상의 고온 수소 분위기에서도 안정된 거동을 나타내었다.In contrast, La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 [ RARE METALS, Vol.28, 2009, p.361 ], SmBaMn 2 O 5+d [ Chem. Mater. Vol.31, 2019, p.3793 ], PrBa 0.8 Ca 0.2 Mn 2 O 5+d [ J. Mater. Chem. A, Vol.4, 2016, p.1747 ], and SrTi 0.9 Co 0.1 O 3 [J. Electrochem. En. Conv. Stor., Vol.8, 2011, 501010 ], the electrical conductivity behavior in H 2 /Ar atmosphere or H 2 atmosphere was similar to that in air atmosphere, It showed stable behavior even in a high-temperature hydrogen atmosphere.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 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. Although the present invention has been described with reference to specific matters and limited examples as described above, these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and the present invention pertains to Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.

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.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims described below, but also all of the claims and all equivalents or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (10)

하기 화학식 1을 만족하는 층상 페로브스카이트 산화물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재.
[화학식 1]
SmBaCo2-xTixO5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)
A cathode material for a solid oxide fuel cell comprising a layered perovskite oxide satisfying the following formula (1).
[Formula 1]
SmBaCo 2-x Ti x O 5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)
제 1항에 있어서,
상기 공기극 소재는 0.5 ≤ x ≤ 1.5를 만족하는 것을 특징으로 하는, 고체산화물 연료전지용 공기극 소재.
The method of claim 1,
The cathode material is a cathode material for a solid oxide fuel cell, characterized in that it satisfies 0.5 ≤ x ≤ 1.5.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 공기극 소재는 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 고체산화물 연료전지용 공기극 소재.
[관계식 1]
100 <
Figure 112021150944976-pat00004

(상기 관계식 1에서 A900, A500, H900 및 H500는 4-프로브법(4-probe)에 의해 측정된 공기극 소재의 전기전도도(S/cm)로, 상기 A900은 공기 분위기 하 900℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 A500은 공기 분위기 하 500℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 H900은 수소 분위기 하 900℃에서의 전기전도도(S/cm), 상기 H500은 수소 분위기 하 500℃에서의 전기전도도(S/cm)이다.)
The method of claim 1,
The cathode material is a cathode material for a solid oxide fuel cell, characterized in that it satisfies the following relation (1).
[Relational Expression 1]
100 <
Figure 112021150944976-pat00004

(In Relation 1, A 900 , A 500 , H 900 and H 500 are the electrical conductivity (S/cm) of the cathode material measured by the 4-probe method (4-probe), and the A 900 is 900 under an air atmosphere. Electrical conductivity at ℃ (S/cm), the A 500 is the electrical conductivity at 500 ℃ under an air atmosphere (S/cm), the H 900 is the electrical conductivity at 900 ℃ under a hydrogen atmosphere (S/cm), the above H 500 is the electrical conductivity (S/cm) at 500°C under a hydrogen atmosphere.)
제 5항에 있어서,
상기 공기극 소재는 A900이 3 내지 15이고, H900이 0.0001 내지 0.01인 것을 특징으로 하는, 고체산화물 연료전지용 공기극 소재.
6. The method of claim 5,
The cathode material is a cathode material for a solid oxide fuel cell, characterized in that A 900 is 3 to 15, and H 900 is 0.0001 to 0.01.
제 5항에 있어서,
상기 공기극 소재는 A500이 1 내지 10 이고, H500이 0.1 내지 1인 것을 특징으로 하는, 고체산화물 연료전지용 공기극 소재.
6. The method of claim 5,
The cathode material is a cathode material for a solid oxide fuel cell, characterized in that A 500 is 1 to 10, and H 500 is 0.1 to 1.
제 1항, 제 2항 및 제 5항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항의 고체산화물 연료전지용 공기극 소재를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극.A cathode for a solid oxide fuel cell comprising the cathode material for a solid oxide fuel cell of any one of claims 1, 2, and 5 to 7. 제 8항의 고체산화물 연료전지용 공기극;
상기 공기극을 마주보고 배치되는 연료극; 및
상기 공기극과 연료극 사이에 배치되는 전해질;
을 포함하는 고체산화물 연료전지.
The cathode for the solid oxide fuel cell of claim 8;
an anode disposed to face the cathode; and
an electrolyte disposed between the cathode and the anode;
A solid oxide fuel cell comprising a.
하기 화학식 1을 만족하는 층상 페로브스카이트 산화물을 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재의 제조 방법으로,
a) 하기 화학식 1의 조성을 만족하도록 Sm 전구체 분말, Ba 전구체 분말, Co 전구체 분말 및 Ti 전구체 분말을 칭량하고 볼밀링하여 분말혼합물을 준비하는 단계;
b) 상기 분말혼합물을 800 내지 1100℃에서 1차 열처리하는 단계; 및
c) 1차 열처리된 분말혼합물을 1200 내지 1400℃에서 2차 열처리하는 단계;
를 포함하는, 고체산화물 연료전지용 공기극 소재의 제조 방법.
[화학식 1]
SmBaCo2-xTixO5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)
A method for producing a cathode material for a solid oxide fuel cell comprising a layered perovskite oxide satisfying the following formula (1),
a) preparing a powder mixture by weighing and ball milling the Sm precursor powder, the Ba precursor powder, the Co precursor powder, and the Ti precursor powder to satisfy the composition of the following Chemical Formula 1;
b) first heat-treating the powder mixture at 800 to 1100°C; and
c) secondary heat treatment of the powder mixture subjected to the primary heat treatment at 1200 to 1400° C.;
A method of manufacturing a cathode material for a solid oxide fuel cell, comprising a.
[Formula 1]
SmBaCo 2-x Ti x O 5+δ (0 < x < 2, 0 < δ ≤ 0.5)
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