KR20100096389A - Preparation method of nio-ysz thin film - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 공정 조건을 조절하여 산화물 박막을 다공성에서 치밀한 구조로, 또한, 결정 구조를 비정질에서 페로브스카이트 구조로 제어가능하고, 고체산화물 연료전지의 음극으로 적용할 수 있는 NiO-YSZ 박막의 제조방법에 관한 것이다.According to the present invention, the NiO-YSZ thin film can be controlled by controlling the process conditions so that the oxide thin film can be controlled from porous to dense structure and the crystal structure from amorphous to perovskite structure can be applied as a cathode of a solid oxide fuel cell. It relates to a manufacturing method.
주요 에너지원인 화석연료의 고갈과 함께 환경오염에 따른 지구 온난화 등 부작용으로 인해 친환경적이면서 효율이 높은 에너지원에 대한 연구가 진행되고 있으며, 그 중 연료전지에 대한 관심이 높아지고 있다.Due to the depletion of fossil fuel, the main energy source, and global warming due to environmental pollution, research on environmentally friendly and efficient energy sources is underway.
연료전지(Fuel cell)는 수소로부터 전기를 발생시키는 환경 친화적 발전장치로 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 이러한 연료전지는 크게 알칼리 연료전지(AFC), 인산 연료전지(PAFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(SPEFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC) 등이 있다.Fuel cells are attracting attention as next-generation energy sources as environmentally friendly power generation devices that generate electricity from hydrogen. Such fuel cells include alkaline fuel cells (AFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), solid oxide fuel cells (SOFC), polymer electrolyte fuel cells (SPEFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and the like.
그중 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, 이하 'SOFC'라 한다)는 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 효율이 높고 공해요인이 적어 미래의 새로운 청정에너지원 중 하나로 주목받고 있다. Among them, the solid oxide fuel cell (SOFC) is composed of all solid components, which is simpler in structure than other fuel cells, has high efficiency, and has low pollution, so it is a new clean energy of the future. It is attracting attention as one of the circles.
OFC는 전해질 및 전극이 고온에서만 충분한 전기전도도를 나타내기 때문에 연료전지 중 가장 높은 온도인 700∼1000℃에서 작동한다. 그러나 이러한 고온에서의 작동으로 인해 SOFC의 연결재(interconnector)나 전지집(cell housing) 또한 고온을 견딜 수 있어야 하므로, 재료 선택의 폭이 세라믹 재료로 제한된다. 따라서 SOFC의 제조공정이 까다롭고 잘 제어된 분말제조 기술과 정밀한 성형기술 등 고난도의 기술을 요하기 때문에 제조단가가 높아지게 되는 문제가 수반된다.OFC operates at 700 to 1000 ° C, the highest temperature of a fuel cell because the electrolyte and the electrode exhibit sufficient electrical conductivity only at high temperatures. However, this high temperature operation requires that the interconnector or cell housing of the SOFC also be able to withstand high temperatures, thus limiting the choice of materials to ceramic materials. Therefore, the manufacturing process of the SOFC is difficult and requires a high level of technology, such as a well-controlled powder manufacturing technology and precise molding technology is accompanied by a problem that the manufacturing cost increases.
이에 SOFC의 작동온도를 700℃ 이하로 낮춘 중저온형 SOFC를 구현하는 경우 제조공정이 보다 용이하고 비교적 저렴한 금속 재료를 사용이 가능하여 상당한 경제적 효과를 얻을 수 있다.Therefore, when implementing a low-temperature SOFC by lowering the operating temperature of the SOFC below 700 ℃, the manufacturing process is easier and relatively inexpensive metal material can be used to obtain a significant economic effect.
중저온형 SOFC를 실현하기 위해서는 기존 안정화 지르코니아보다 이온전도 특성이 우수한 대체 전해질의 사용과 박막화를 통하여 전해질의 저항을 줄이는 방법이 고려될 수 있다. 그러나 이러한 중저온형 SOFC의 경우 전극/전해질 계면 분극저항이 급격히 상승하여 연료전지의 효율을 저하시키는 또 다른 문제가 발생함에 따라 전극/전해질 간의 계면에서의 미세구조 제어가 필요하다. In order to realize the low-temperature SOFC, a method of reducing the resistance of the electrolyte may be considered by using an alternative electrolyte having a higher ion conductivity than the existing stabilized zirconia and thinning. However, in the case of such a low-temperature SOFC, as the electrode / electrolyte interfacial polarization resistance rises sharply and another problem occurs that lowers the efficiency of the fuel cell, it is necessary to control the microstructure at the interface between the electrode / electrolyte.
상기 미세구조의 제어는 재질을 변경하는 방법, 개질하는 방법, 및 막 제조 공정을 조절하는 방법 등 다양한 방법을 통해 달성될 수 있다. 이에 본 발명에서는 막 제조 공정의 조절을 통해 미세구조의 제어를 가능케 한다.Control of the microstructure may be achieved through various methods such as a method of changing a material, a method of modifying a material, and a method of adjusting a film manufacturing process. Therefore, in the present invention, it is possible to control the microstructure through the control of the membrane manufacturing process.
알려진 바대로, 막을 제조하기 위해 크게 후막을 형성하는 습식 코팅법과 박막을 이루는 건식 코팅법이 채용된다.As is known, a wet coating method of forming a thick film and a dry coating method of forming a thin film are employed to produce a film.
습식 코팅법으로는 드라이 프레싱(dry pressing), 슬러리 코팅, 인쇄, 테이 프 캐스팅, 딥 코팅, 및 스핀 코팅법이 있다. Wet coating methods include dry pressing, slurry coating, printing, tape casting, dip coating, and spin coating.
또한, 건식 코팅법으로는 스퍼터링, 펄스-레이저 증착법, 전기화학 기상 증착법, 금속-유기 화학 기상 증착법, 용사법, 및 액적 화염 증착법 등이 있다. 상기 건식 코팅법은 치밀한 박막제조에 적당하고 증착률이 낮으며 출발원료의 조성선택의 한계가 있을 뿐만 아니라, 진공상태의 공정이 요구되므로 장비가 복잡하고 고가이기에 제조비용이 증가하는 단점이 있다. Dry coating methods also include sputtering, pulse-laser deposition, electrochemical vapor deposition, metal-organic chemical vapor deposition, thermal spraying, and droplet flame deposition. The dry coating method is suitable for the production of dense thin film, has a low deposition rate, there is a limit in the selection of the composition of the starting material, and because the process is required in a vacuum state, there is a disadvantage that the manufacturing cost increases because of the complexity and cost of the equipment.
따라서 간단한 공정장비로 박막 두께 조절 및 미세구조 제어가 용이하며 증착율이 높고 출발원료의 선택폭이 넓은 고체산화물 연료전지 구성부분의 박막 제조방법뿐만 아니라 세라믹 박막 제조방법에 관한 기술개발에 대한 요구는 여전히 남아있다. Therefore, there is still a need for technology development regarding ceramic thin film manufacturing method as well as thin film manufacturing method of solid oxide fuel cell component having high deposition rate and wide selection of starting materials. Remains.
한편, SOFC의 전극으로 저 비용화를 실현하기 위해서는 기존 음극재료들인 Co, Pt, Pd, Ru 등에 비하여 가격이 낮은 NiO를 고체산화물 연료전지의 일반적인 음극재료로 쓰고 있다. On the other hand, in order to realize low cost as an electrode of SOFC, NiO, which is lower in price than conventional cathode materials Co, Pt, Pd, and Ru, is used as a general anode material of a solid oxide fuel cell.
음극의 열팽창계수를 전해질 재료인 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia, YSZ)와 비슷하게 유지하고 전해질과 음극의 접합강도를 증가시키기 위하여, 일반적으로 전해질 재료인 YSZ를 음극층에 첨가한다. In order to maintain the thermal expansion coefficient of the cathode similar to Yttria Stabilized Zirconia (YSZ), which is an electrolyte material, and to increase the bonding strength between the electrolyte and the cathode, YSZ, which is generally an electrolyte material, is added to the cathode layer.
상기 YSZ는 NiO의 다공성 구조를 고온에서도 유지하는 역할뿐만 아니라 전기화학적 활성점인 YSZ/NiO/Gas 삼상계면을 음극층 전체에 입체적으로 형성하여 음극의 전기화학적 성능을 향상시키는 역할을 한다. The YSZ not only serves to maintain the porous structure of NiO at high temperatures, but also serves to improve the electrochemical performance of the cathode by forming YSZ / NiO / Gas three-phase interface, which is an electrochemically active point, three-dimensionally throughout the cathode layer.
NOMURA Hiroshi 등은 PEG(Polyethylene glycol)를 NiO-YSZ 결합제로 사용하여 ESD(electrostatic spray deposition)법을 이용해 다공성 박막을 제조함을 언급하고 있다[NOMURA Hiroshi et al., "Fabrication of YSZ electrolyte for intermediate temperature solid oxide fuel cell using electrostatic spray deposition: Ⅱ-Cell performance, Journal of Applied Electrochemistry, 35, 1121-1126, 2005]NOMURA Hiroshi et al . Have mentioned the use of polyethylene glycol (PEG) as a NiO-YSZ binder to produce a porous thin film by electrostatic spray deposition (ESD) [NOMURA Hiroshi et al . solid oxide fuel cell using electrostatic spray deposition: II-Cell performance, Journal of Applied Electrochemistry, 35, 1121-1126, 2005]
NEAGU Roberto 등은 ESD(electrostatic spray deposition)법을 이용해 얇고 조밀한 막을 제조함을 제시하고 있다[Roberto Neagu, et al., "Influence of the process parameters on the ESD synthesis of thin film YSZ electrolytes",Solid State Ionics, 177, 1981-1984, 2006].NEAGU Roberto et al . Have proposed the manufacture of thin and dense films using electrostatic spray deposition (ESD) [Roberto Neagu, et al ., "Influence of the process parameters on the ESD synthesis of thin film YSZ electrolytes", Solid State Ionics , 177, 1981-1984, 2006].
이에 본 발명자들은 SOFC의 전극으로 NiO-YSZ 박막을 제조하기 위해, 대기압에서 공정이 가능하여 진공 증착법에 비해 제조장치가 간단하고 제조비용도 저가인 전계 분무 증착법을 통해 박막을 형성하는 방법에 대한 연구를 진행한 결과, 다공성에서 치밀한 구조로 박막의 미세 구조를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 출발원료의 선택폭이 넓은 방법에 대한 공정 조건을 확립할 수 있었다. Accordingly, the present inventors studied a method of forming a thin film by using an electrospray method, which is simpler to manufacture and lower in manufacturing cost than a vacuum deposition method, in order to manufacture a NiO-YSZ thin film as an electrode of SOFC. As a result, the microstructure of the thin film can be controlled from the porous to the dense structure, and the process conditions for the wide selection of starting materials can be established.
본 발명의 목적은 미세 구조를 용이하게 제어할 수 있는 NiO-YSZ 박막의 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for producing a NiO-YSZ thin film that can easily control the microstructure.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object,
니켈 전구체, 이트륨 전구체, 및 지르코늄 전구체를 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계; Dissolving the nickel precursor, the yttrium precursor, and the zirconium precursor in a solvent to prepare a precursor solution;
상기 전구체 용액을 전계 분무 장치 내로 이송하여 노즐에 주입하는 단계;Transferring the precursor solution into an electric field spraying device and injecting it into a nozzle;
상기 노즐을 이용해 전구체 용액을 분무하여 액적을 형성하는 단계; 및Spraying a precursor solution using the nozzle to form droplets; And
상기 액적을 미리 가열된 기판 상에 균일하게 흡착시켜 건조하는 단계Uniformly adsorbing the droplets onto a preheated substrate and drying the droplets
를 포함하는 NiO-YSZ 박막의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a NiO-YSZ thin film comprising a.
본 발명에 따른 제조방법은 공정 조건을 변화시켜 박막의 미세 구조를 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 박막의 증착율 및 두께를 용이하게 조절할 수 있고, 원료의 선택 범위가 넓을 뿐만 아니라 상압에서 공정이 이루어지기에 장비구조가 간단하여 제조비용적 측면에서 가격 경쟁력이 있다.The manufacturing method according to the present invention can easily control the microstructure of the thin film by changing the process conditions. In addition, the deposition rate and thickness of the thin film can be easily adjusted, and the selection range of raw materials is wide, and the equipment is simple because the process is performed at atmospheric pressure, and thus the cost is competitive in terms of manufacturing cost.
이러한 방법은 연료전지의 전해질, 음극 및 양극 박막의 제조나, 마이크로 센서 및 다공성 세라믹 박막 등의 제조에 폭넓게 적용이 가능하며, 특히 NiO-YSZ 박막은 고체산화물 연료전지의 음극으로 적용이 가능하다. Such a method can be widely applied to the production of electrolyte, cathode and anode thin films of fuel cells, micro sensors and porous ceramic thin films, and the like, and in particular, NiO-YSZ thin films can be applied as a cathode of a solid oxide fuel cell.
본 발명에 따른 NiO-YSZ 박막의 제조는 전계 분무 방법을 이용하여 수행하며, 이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Preparation of the NiO-YSZ thin film according to the present invention is carried out by using an electric field spray method, the present invention will be described in more detail below.
도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 적용하기 위해 구현된 일련의 장치이다. 이러한 장치는 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 각 구성요소에 다른 장치가 삽입될 수 있다.1 is a series of devices implemented for applying the manufacturing method according to the present invention. Such a device may be inserted into each component by another person having ordinary skill in the art.
도 1을 참조하면, 전계 분무 장치는 전계 분무 챔버(10), 전구체 용액 저장조(11), 노즐(12), 시린지 펌프(13), 전위차 발생 장치(14), 기판(15), 기판 지지대(16), 온도 조절기(17), 및 스텝 모터(18)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the electric field spray device includes an electric
이러한 장치를 이용하여 NiO-YSZ 박막을 제조하는 방법은 하기와 같다(도 2 참조).A method of manufacturing a NiO-YSZ thin film using such a device is as follows (see FIG. 2).
먼저, 니켈 전구체, 이트륨 전구체, 및 지르코늄 전구체를 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하여 전구체 용액 저장소(11)에 주입한다. First, the nickel precursor, the yttrium precursor, and the zirconium precursor are dissolved in a solvent to prepare a precursor solution and inject into the
상기 니켈 전구체, 이트륨 전구체, 및 지르코늄 전구체는 니켈, 이트륨, 및 지르코늄을 각각 포함하는 알콕사이드, 염화물, 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 탄산염, 초산염, 옥살산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 가능하며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.The nickel precursor, the yttrium precursor, and the zirconium precursor are one selected from the group consisting of alkoxides, chlorides, hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, and mixtures thereof containing nickel, yttrium, and zirconium, respectively. It is possible and it does not specifically limit in this invention.
바람직하기로, 니켈 전구체로는 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트를 사용하고, 상기 이트륨 전구체로는 이트륨 아세테이트 하이드레이트를, 상기 지르코늄 전구체는 지르코늄 나이트레이트 헥사하이드레이트를 사용한다.Preferably, nickel nitrate hexahydrate is used as the nickel precursor, yttrium acetate hydrate is used as the yttrium precursor, and zirconium nitrate hexahydrate is used as the zirconium precursor.
이때 니켈 전구체, 이트륨 전구체, 및 지르코늄 전구체 각각 몰비는 최종 얻고자 하는 몰비를 고려하여 선정한다.At this time, the molar ratio of each of the nickel precursor, the yttrium precursor, and the zirconium precursor is selected in consideration of the molar ratio to be finally obtained.
상기 용매는 저급 알코올 단독 또는 물과 혼합하여 사용하고, 혼합시 각 조성을 1:10 내지 10:1의 부피비로 혼합된 것을 사용한다. 상기 저급 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 및 부탄올을 포함한다. 이러한 용매는 증기압 및 점도가 높아 액적 내에서 기화가 용이함에 따라, 더욱 치밀한 입자를 제조할 수 있도록 한다.The solvent is used by mixing with lower alcohol alone or with water, and mixing the respective compositions in a volume ratio of 1:10 to 10: 1. The lower alcohols include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and butanol. These solvents have a high vapor pressure and high viscosity to facilitate vaporization in the droplets, thereby making it possible to produce denser particles.
상기 전구체와 용매를 서로 혼합하여 전구체 용액을 제조하며, 그 농도는 노즐 분사의 용이성이나 액적 크기 등을 고려하여 0.01∼0.1M 농도로 조절한다.The precursor and the solvent are mixed with each other to prepare a precursor solution, and the concentration thereof is adjusted to a concentration of 0.01 to 0.1 M in consideration of ease of nozzle injection, droplet size, and the like.
다음으로, 상기 전구체 용액 저장소(11)로부터 전구체 용액을 시린지 펌프(13)를 이용하여 가압을 통해 노즐(12) 측으로 이송한다. Next, the precursor solution from the
이때 노즐(12)은 액적을 형성하기 위해 원통 형상을 가지며 내부를 따라 길고 가는 모세관 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이때 노즐(12)은 직경이 0.5∼1.0 mm, 바람직하기로 0.31 mm인 것을 사용하여 마이크론 수준의 액적을 형성한다. 이러한 노즐(12)의 직경은 인가되는 전압, 혼합 용액의 농도 등을 적절히 고려하여 변형이 가능하다. 또한 상기 노즐은 내경이 0.02∼0.04 mm이고, 외경이 0.50∼0.70 mm인 것을 사용한다.At this time, the
상기 노즐(12)은 전기장을 발생시키는 전위차 발생 장치(14)와 연결된다. 이러한 전위차 발생 장치(14)는 접지가 음의 전하로 흐르는 경우 전구체 용액이 양의 전하로 대전되도록 한다.The
다음으로, 상기 노즐(12)을 이용해 전구체 용액을 분무하여 액적을 형성한다.Next, the precursor solution is sprayed using the
구체적으로, 전구체 용액은 전계 분무 장치의 노즐(12)을 통해 분무되어 액적을 형성하는데, 이때 전계에 의해 보다 미세하고 균일한 크기의 액적으로 형성된다.Specifically, the precursor solution is sprayed through the
이때 챔버 내 형성되는 전계, 즉, 전압을 조절함으로써 형성된 액적의 크기 제어가 가능하다. 일례로 전압이 크면 클수록 액적이 작아지며, 마이크론 수준의 액적을 형성하기 위해선 상기 전압은 0.1∼50 kV, 바람직하기로 5∼18 kV, 더욱 바람직하기로 12∼18 kV로 인가된다. 또한 후속의 실험예를 통해 실시한 결과, 인가되는 전압이 증가할수록 다공성의 구조로 변함을 확인하였다.At this time, it is possible to control the size of the droplet formed by adjusting the electric field formed in the chamber, that is, the voltage. For example, the larger the voltage, the smaller the droplet, and the voltage is applied at 0.1 to 50 kV, preferably 5 to 18 kV, more preferably 12 to 18 kV to form a micron level droplet. In addition, as a result of the following experimental example, it was confirmed that the change in porosity structure as the applied voltage increases.
다음으로, 상기 액적을 미리 가열된 기판(15) 상에 균일하게 흡착시켜 건조한다.Next, the droplets are uniformly adsorbed onto the
즉, 하전된 전구체 용액을 상기 노즐(12)을 통해 분무하여 액적을 형성하고, 상기 액적은 미리 가열된 기판(15) 상에 흡착된다.That is, a charged precursor solution is sprayed through the
상기 액적의 크기는 전구체 용액의 유량에 비례하며(A.M. Ganan-Calvo, J.Aerosol.Sci.28,249, 1997), 용액 유량이 클수록 액적의 크기가 증가하고 건조를 통해 액적 내 용매 등의 제거에 의해 박막에 기공이 형성된다. The droplet size is proportional to the flow rate of the precursor solution (AM Ganan-Calvo, J. Aerosol. Sci. 28, 249, 1997). Pores are formed in the thin film.
이때 상기 기판(15)은 노즐(12)과 소정 거리 이격하도록 배치하는데, 즉, 노즐-기판(12, 15) 간의 거리에 따라 형성된 NiO-YSZ 박막의 모폴로지에 차이가 나타난다. 바람직하기로, 노즐-기판(12, 15)과의 거리는 4∼6cm가 되도록 조절하여 수행한다. 본 발명의 바람직한 실험예 3에 따르면, 노즐-기판(12, 15)과의 거리가 4cm인 경우 형성된 산화물 박막이 다공성 구조를 나타내고, 이러한 거리가 5.5cm까지 증가하여 박막을 형성한 경우 치밀한 구조의 박막으로 전환된다. 따라서 박막의 사용 목적에 적합한 물성을 얻기 위해 노즐-기판(12, 15) 간의 거리를 조절한다.In this case, the
또한, 분무를 통해 이송되는 액적이 기판(15) 상에 균일하게 분포될 수 있도록 상기 기판 지지대(16)는 스텝 모터(18)와 연결한다. 상기 스텝 모터(18)는 한 축을 중심으로 왕복, 진동 및 회전운동 가능하도록 하는 장치로서, 기판(15) 상에 액적을 균일한 두께로 흡착시킨다.In addition, the
상기 분무를 통한 증착 시간은 최종 얻어지는 NiO-YSZ 박막의 물성에 영향을 주며, 1분 내지 16분 동안 수행한다. 본 발명의 바람직한 실험예 3에 따르면, 치밀한 구조를 나타낸 박막은 증착 시간이 증가에 따라 다공성 구조의 박막으로 전환된다.Deposition time through the spray affects the physical properties of the final NiO-YSZ thin film obtained, it is carried out for 1 to 16 minutes. According to Experimental Example 3 of the present invention, the thin film having a dense structure is converted into a thin film having a porous structure as the deposition time increases.
다음으로, 상기 기판(15)에 흡착된 액적은 건조를 통해 액적 내 함유된 용매 및 부산물이 제거되어 NiO-YSZ를 형성한다.Next, the droplet adsorbed on the
상기 건조는 350 내지 500℃에서 수행하는 것이 바람직하며, 이때 건조 온도가 증가할수록 NiO-YSZ 박막의 조밀도가 증가한다. 이러한 건조 공정은 별도의 건조 장치를 통해 수행할 수 있으며, 본 발명에서는 기판(15)을 상기 온도로 가열하여 수행한다.The drying is preferably carried out at 350 to 500 ℃, the density of the NiO-YSZ thin film increases as the drying temperature increases. This drying process can be carried out through a separate drying device, in the present invention is performed by heating the
상기 기판(15) 상에 흡착된 액적은 기판(15) 온도에 의해 액적 내 함유된 용매가 증발되어 산화물로 산화한다. 상기 온도는 기판(15)을 지지하는 기판 지지대(16)와 별도로 연결된 온도 조절기(17)를 통해 조절되며, 바람직하기로 350 내지 500℃까지 가열될 수 있도록 한다. 본 발명의 바람직한 실험예 2에 따르면, 다공성 구조를 나타낸 박막이 기판의 온도가 증가에 따라 더욱 치밀한 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. The droplets adsorbed on the
충분한 증착을 통해 소정의 두께를 갖는 기판(15) 상에 NiO-YSZ 박막이 형성된다.Through sufficient deposition, a NiO-YSZ thin film is formed on the
상기 NiO-YSZ 박막은 다공성을 나타내며, 인가 전압, 노즐-기판과의 거리, 기판 온도, 분무 시간, 열처리 온도 등의 조절을 통해 박막의 모폴로지를 제어할 수 있다.The NiO-YSZ thin film exhibits porosity, and the morphology of the thin film may be controlled by adjusting an applied voltage, a distance from a nozzle-substrate, a substrate temperature, a spraying time, and a heat treatment temperature.
추가로, 상기 NiO-YSZ 박막은 고온의 열처리를 통해 비정질에서 결정형으로 산화물의 결정 상태의 전환이 가능하다.In addition, the NiO-YSZ thin film is capable of switching the crystal state of the oxide from amorphous to crystalline form through a high temperature heat treatment.
이러한 열처리는 상기 전계 분무 챔버(10) 내에서 온도 조절기(16)의 온도 제어를 통해 수행하거나, 초음파로(microwave furnace)와 같은 별도의 열처리 장치 로 이송하여 수행할 수 있다. This heat treatment may be performed by controlling the temperature of the
바람직하기로, 상기 열처리는 1200 내지 1350℃에서 1분 내지 5시간 동안, 더욱 바람직하기로 5분 동안 수행하며, 본 발명의 바람직한 실험예 5에 따르면, 다공성 구조를 나타낸 박막이 열처리 온도가 증가에 따라 더욱 치밀한 페로브스카이트(perovskite) 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Preferably, the heat treatment is performed at 1200 to 1350 ° C. for 1 minute to 5 hours, more preferably for 5 minutes. According to Experimental Example 5 of the present invention, the thin film showing the porous structure may increase the heat treatment temperature. As a result, it can be seen that the film is converted into a thinner film having a more dense perovskite structure.
특히 본 발명에 따른 제조방법은 공정 조건을 변화시켜 박막의 구조를 다공성에서 치밀한 구조로 제어가 가능하고, 뿐만 아니라 전술한 바의 공정은 별도의 압력 인가가 필요 없이 상압에서 공정이 이루어지므로, 종래 증착을 위한 고가 장비와 비교하여 비용적 측면에서도 이점이 있다.In particular, the manufacturing method according to the present invention can control the structure of the thin film from the porous to a dense structure by changing the process conditions, as well as the above-described process is performed at normal pressure without the need to apply a separate pressure, There is an advantage in terms of cost compared to expensive equipment for deposition.
이러한 방법은 이는 10 mm 이하의 다공성 박막을 제조하기 위한 전 분야에 폭 넓게 응용할 수 있으며, 일례로 연료전지의 전해질, 음극 및 양극 박막의 제조나, 마이크로 센서 및 다공성 세라믹 박막 등의 제조에 폭넓게 적용이 가능하다.This method can be widely applied to all fields for the production of porous thin films of 10 mm or less, for example, the electrolyte, cathode and anode thin films of fuel cells, micro sensors and porous ceramic thin films, etc. This is possible.
특히 NiO-YSZ 박막은 고체산화물 연료전지의 음극으로 적용이 가능하여, 상기 박막을 음극으로 사용하는 경우 전해질과 전극 간의 계면 저항이 낮아 700℃ 이상에서 구동하는 고체산화물 연료전지뿐만 아니라 그 이하에서 작동하는 중저온형 전지에서도 사용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 작동온도를 낮춤으로써 SOFC의 제조원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 연료전지의 신뢰성, 휴대성 및 작동시간을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In particular, the NiO-YSZ thin film can be applied as a negative electrode of a solid oxide fuel cell, and when the thin film is used as a negative electrode, the interface resistance between the electrolyte and the electrode is low, so that the NiO-YSZ thin film operates at not only a solid oxide fuel cell which is operated above 700 ° C. There is an advantage that can be used even in low-temperature battery. In addition, by lowering the operating temperature, not only can the manufacturing cost of the SOFC be lowered, but there is an advantage of improving the reliability, portability, and operating time of the fuel cell.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.
(실험예 1) Experimental Example 1
0.6몰의 Ni(NO3)2·6H2O와, 0.032몰의 C6H9O6Y·H2O 및 0.368몰의 ZrO2(NO3)2·H2O를 메탄올 수용액 60 ml(1:1 V/V)에 초음파 진동에 의해 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다.0.6 ml of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, 0.032 mol of C 6 H 9 O 6 Y.H 2 O and 0.368 mol of ZrO 2 (NO 3 ) 2 .H 2 O 1: 1 V / V) to dissolve by ultrasonic vibration to prepare a precursor solution.
시린지 펌프를 이용하여 전구체 용액을 내경 0.03 mm 및 외경 0.64 mm인 스테인리스 노즐로 이송하였다. 이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 17 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 400℃에서 수행하였다. 이때 기판-노즐간의 거리를 4cm, 4.5cm, 5cm 및 5.5cm까지 변화시켜가며, 전구체 용액의 유량은 4.0 ㎖/h로 하여 3분 동안 증착을 수행하여 NiO-YSZ 박막을 얻었다.A syringe pump was used to transfer the precursor solution to a stainless nozzle with an inner diameter of 0.03 mm and an outer diameter of 0.64 mm. Then, a 17 kV high voltage was applied from a DC power source connected to the nozzle to form an electric field, and the temperature of the substrate was performed at 400 ° C. At this time, the distance between the substrate and the nozzle was changed to 4 cm, 4.5 cm, 5 cm and 5.5 cm, and the flow rate of the precursor solution was 4.0 ml / h, followed by deposition for 3 minutes to obtain a NiO-YSZ thin film.
주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope
상기에서 얻어진 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 3에 나타내었다.The surface of the thin film obtained above was measured by the scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.
도 3의 (a) 내지 (d)는 노즐-기판 간의 거리에 따른 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.3A to 3D show scanning electron micrographs of the NiO-YSZ thin film according to the distance between the nozzle and the substrate.
도 3의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 기판과 노즐 간의 거리가 증가함에 따라 다공성 구조에서 치밀한 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Referring to (a) to (d) of FIG. 3, it can be seen that as the distance between the substrate and the nozzle is increased, the porous structure is converted into a thin film having a dense structure.
즉, 노즐-기판과의 거리가 가까울수록 노즐로부터 분무된 액적이 기판 표면에 증착 후 새로운 액적이 그 상부에 증착되므로 건조를 통한 용매 및 불순물이 충분히 제거될 수 없어 다공성의 구조를 나타낸다. 따라서 노즐-기판과의 거리가 증가할수록 상기 시간 확보가 충분하여 더욱 치밀한 구조의 박막으로 전환이 가능하다.That is, as the distance from the nozzle-substrate is closer, new droplets are deposited on the substrate surface after the droplets sprayed from the nozzles are deposited on the substrate surface, and thus, solvents and impurities through drying cannot be sufficiently removed, indicating a porous structure. Therefore, as the distance from the nozzle-substrate increases, the time is sufficient to be converted into a thinner film having a more dense structure.
(실험예 2)Experimental Example 2
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 전구체 용액을 제조하여 스텐인리스 노즐로 이송하였다. A precursor solution was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 and transferred to a stainless steel nozzle.
이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 17 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 350℃, 400℃, 450℃ 및 500℃까지 각각 변화시켜가며 수행하였다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm이며, 전구체 용액의 유량은 4.0 ㎖/h로 3분 동안 증착을 수행하여 NiO-YSZ 박막을 얻었다.Subsequently, an electric field was formed by applying a high voltage of 17 kV from a DC power source connected to the nozzle, and the temperature of the substrate was changed to 350 ° C., 400 ° C., 450 ° C. and 500 ° C., respectively. At this time, the distance between the substrate and the nozzle was 4 cm, and the flow rate of the precursor solution was 4.0 ml / h for 3 minutes to obtain a NiO-YSZ thin film.
주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope
상기에서 얻어진 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 4에 나타내었다.The surface of the thin film obtained above was measured by the scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.
도 4의 (a) 내지 (d)는 기판 온도에 따른 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.4 (a) to (d) show scanning electron micrographs of the NiO-YSZ thin film according to the substrate temperature.
도 4를 참조하면, (a)에서 다공성 구조를 나타낸 박막이 기판의 온도가 증가함에 따라 (d)에 나타낸 바와 같이 치밀한 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the thin film of the porous structure in (a) is converted into a thin film of dense structure as shown in (d) as the temperature of the substrate increases.
부연하면, 기판의 온도가 낮을수록(350℃, a) 액적 내 용매의 휘발이 불안정 하여 기판에 wet deposit이 형성된다. 이러한 wet deposit은 이전 증착에 의해 기공 형성을 야기하는 용매 및 NOx나 COx 등의 부산물 휘발에 영향을 준다. 반대로, 기판의 온도가 높을수록(500℃, d) 액적 내 용매 및 부산물이 제거된 채 전구체가 기판에 흡착 및 산화되어 더욱더 치밀한 구조의 박막이 형성된다.In other words, the lower the temperature of the substrate (350 ° C., a), the more unstable the volatilization of the solvent in the droplets results in the formation of a wet deposit on the substrate. This wet deposit affects the volatilization of solvents and by-products such as NOx and COx that cause pore formation by previous deposition. Conversely, as the temperature of the substrate increases (500 ° C., d), the precursor is adsorbed and oxidized on the substrate while the solvent and by-products in the droplet are removed, thereby forming a thinner film having a more dense structure.
(실험예 3)Experimental Example 3
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 전구체 용액을 제조하여 스텐인리스 노즐로 이송하였다. A precursor solution was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 and transferred to a stainless steel nozzle.
이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 17 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 400℃에서 90초, 120초, 150초, 및 180초로 증착 시간을 변화시켜가며 증착을 수행하였다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm이며, 전구체 용액의 유량은 4.0 ㎖/h로 증착을 수행하여 다공성의 NiO-YSZ 박막을 얻었다.Subsequently, an electric field was formed by applying a high voltage of 17 kV from a DC power source connected to the nozzle, and the deposition was performed by changing the deposition time of the substrate at 400 ° C. for 90 seconds, 120 seconds, 150 seconds, and 180 seconds. At this time, the substrate-nozzle distance was 4 cm, and the flow rate of the precursor solution was deposited at 4.0 mL / h to obtain a porous NiO-YSZ thin film.
주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope
상기에서 얻어진 다공성 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 5에 나타내었다.The surface of the porous thin film obtained above was measured with a scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.
도 5의 (a) 내지 (d)는 증착 시간에 따른 다공성 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.5 (a) to (d) show a scanning electron micrograph of the porous NiO-YSZ thin film according to the deposition time.
도 5를 참조하면, (a)에서 치밀한 구조를 나타낸 박막이 증착 시간이 증가에 따라 (d)에 나타낸 바와 같이 다공성의 박막으로 전환됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the thin film having a dense structure in (a) is converted into a porous thin film as shown in (d) as the deposition time increases.
즉, 증착 시간이 빠를수록 박막이 보다 조밀하게 형성되며, 액적 내 용매 및 불순물의 완전한 휘발에 의해 크랙이 없는(crack-free) 박막이 형성된다. 그러나 증착 시간이 길어질수록 박막의 두께가 더욱 두꺼워지고, 액적 내 용매 및 불순물의 휘발이 불완전하여 박막 내 기공이 형성된다.That is, the faster the deposition time, the denser the thin film is formed, and a crack-free thin film is formed by the complete volatilization of the solvent and impurities in the droplets. However, as the deposition time increases, the thickness of the thin film becomes thicker, and the volatilization of the solvent and impurities in the droplet is incomplete, thereby forming pores in the thin film.
(실험예 4)Experimental Example 4
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 전구체 용액을 제조하여 스텐인리스 노즐로 이송하였다. A precursor solution was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 and transferred to a stainless steel nozzle.
이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 전압을 12kV, 14kV, 16kV 및 18kV를 각각 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 400℃로 조절하였다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm로 유지하고, 전구체 용액의 유량을 4.0 ㎖/h로 하여 3분 동안 증착을 수행하여 다공성의 NiO-YSZ 박막을 얻었다.Subsequently, 12 kV, 14 kV, 16 kV, and 18 kV were applied to the DC power source connected to the nozzle to form an electric field, and the temperature of the substrate was adjusted to 400 ° C. At this time, the distance between the substrate and the nozzle was maintained at 4 cm, and deposition was performed for 3 minutes at a flow rate of the precursor solution at 4.0 ml / h to obtain a porous NiO-YSZ thin film.
주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope
상기에서 얻어진 다공성 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 6에 나타내었다.The surface of the porous thin film obtained above was measured with a scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.
도 6의 (a) 내지 (d)는 전압에 따른 다공성 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.6 (a) to (d) show a scanning electron micrograph of the porous NiO-YSZ thin film according to the voltage.
도 6을 참조하면, (a)에서 치밀한 구조를 나타낸 박막이 인가 전압이 증가에 따라 (d)에 나타낸 바와 같이 다공성의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the thin film having a dense structure in (a) is converted into a porous thin film as shown in (d) as the applied voltage increases.
(실험예 5)Experimental Example 5
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 전구체 용액을 제조하여 스텐인리스 노즐로 이송하였다.A precursor solution was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 and transferred to a stainless steel nozzle.
이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 17 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 400℃에서 3분 동안 증착을 수행하여 NiO-YSZ 박막을 얻었다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm이며, 전구체 용액의 유량은 4.0 ㎖/h로 하여 수행하였다.Subsequently, a 17 kV high voltage was applied from a DC power source connected to the nozzle to form an electric field, and the substrate was deposited at 400 ° C. for 3 minutes to obtain a NiO-YSZ thin film. In this case, the distance between the substrate and the nozzle was 4 cm, and the flow rate of the precursor solution was performed at 4.0 ml / h.
추가로 상기 다공성 박막을 초음파로에 장착하고 1200 내지 1350℃에서 5분 동안 열처리하여 페로브스카이트 구조의 NiO-YSZ 박막을 얻었다.In addition, the porous thin film was mounted in an ultrasonic furnace and heat-treated at 1200 to 1350 ° C. for 5 minutes to obtain a NiO-YSZ thin film having a perovskite structure.
X-선 회절 패턴X-ray diffraction pattern
상기에서 열처리를 통해 얻어진 페로브스카이트 구조의 산화물을 X-선 회절분석기로 측정하고, 얻어진 결과를 도 7에 나타내었다.The oxide of the perovskite structure obtained through the heat treatment was measured by an X-ray diffractometer, and the results obtained are shown in FIG. 7.
도 7은 NiO-YSZ 박막을 a) 1200℃, b) 1250℃, c) 1300℃ 및 d) 1350℃에서 열처리 후 얻어진 NiO-YSZ의 X-선 회절 패턴이다.7 is an X-ray diffraction pattern of NiO-YSZ obtained after heat treatment of a NiO-YSZ thin film at a) 1200 ° C, b) 1250 ° C, c) 1300 ° C, and d) 1350 ° C.
도 7을 참조하면, 초음파로를 이용한 열처리를 통해 NiO-YSZ 박막이 무정형에서 결정형으로 전환됨을 알 수 있고, 특히 1300℃에서 5분 동안 열처리의 경우 페로브스카이트 구조를 가지는 NiO-YSZ 박막을 얻을 수 있음이 확인되었다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the NiO-YSZ thin film is converted from amorphous to crystalline through heat treatment using an ultrasonic furnace. In particular, when the heat treatment is performed at 1300 ° C. for 5 minutes, the NiO-YSZ thin film having a perovskite structure is formed. It was confirmed that it can be obtained.
본 발명에 따라 제조된 NiO-YSZ 박막은 고체산화물 연료 전지의 음극으로 적용이 가능하다.NiO-YSZ thin film prepared according to the present invention can be applied as a cathode of a solid oxide fuel cell.
도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 적용하기 위해 구현된 일련의 장치이다. 1 is a series of devices implemented for applying the manufacturing method according to the present invention.
도 2는 도 1의 장치를 이용한 NiO-YSZ 박막의 제조방법을 보여주는 순서도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a NiO-YSZ thin film using the apparatus of FIG. 1.
도 3의 (a) 내지 (d)는 노즐-기판 간의 거리에 따른 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.3A to 3D show scanning electron micrographs of the NiO-YSZ thin film according to the distance between the nozzle and the substrate.
도 4의 (a) 내지 (d)는 기판 온도에 따른 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.4 (a) to (d) show scanning electron micrographs of the NiO-YSZ thin film according to the substrate temperature.
도 5의 (a) 내지 (d)는 전압에 따른 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.5A to 5D show scanning electron micrographs of NiO-YSZ thin films according to voltages.
도 6의 (a) 내지 (d)는 증착 시간에 따른 NiO-YSZ 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.6 (a) to (d) show a scanning electron micrograph of the NiO-YSZ thin film according to the deposition time.
도 7은 NiO-YSZ를 a) 1200℃, b) 1250℃, c) 1300℃ 및 d) 1350℃에서 열처리 후 얻어진 NiO-YSZ의 X-선 회절 패턴이다.7 is an X-ray diffraction pattern of NiO-YSZ obtained after heat treatment of NiO-YSZ at a) 1200 ° C, b) 1250 ° C, c) 1300 ° C, and d) 1350 ° C.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101159139B1 (en) * | 2012-03-30 | 2012-06-25 | 삼전순약공업(주) | Method of forming a ni-ysz complex and method of manufacturing a fuel cell |
CN108144616A (en) * | 2018-01-18 | 2018-06-12 | 太原理工大学 | A kind of low-temperature catalyzed decomposition N2The preparation method of the porous NiO nano flakes catalyst of O |
CN115125568A (en) * | 2021-03-25 | 2022-09-30 | 上海大学 | Large-area nickel-based electrocatalyst film and preparation method and application thereof |
-
2009
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101159139B1 (en) * | 2012-03-30 | 2012-06-25 | 삼전순약공업(주) | Method of forming a ni-ysz complex and method of manufacturing a fuel cell |
CN108144616A (en) * | 2018-01-18 | 2018-06-12 | 太原理工大学 | A kind of low-temperature catalyzed decomposition N2The preparation method of the porous NiO nano flakes catalyst of O |
CN108144616B (en) * | 2018-01-18 | 2020-11-06 | 太原理工大学 | Low-temperature catalytic decomposition of N2Preparation method of porous NiO nano flake catalyst of O |
CN115125568A (en) * | 2021-03-25 | 2022-09-30 | 上海大学 | Large-area nickel-based electrocatalyst film and preparation method and application thereof |
CN115125568B (en) * | 2021-03-25 | 2024-01-26 | 上海大学 | Large-area nickel-based electrocatalyst film and preparation method and application thereof |
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