KR20120070665A - Double perovskite interconnect materials and their application methods for solid oxide fuel cells - Google Patents

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KR20120070665A KR1020100132074A KR20100132074A KR20120070665A KR 20120070665 A KR20120070665 A KR 20120070665A KR 1020100132074 A KR1020100132074 A KR 1020100132074A KR 20100132074 A KR20100132074 A KR 20100132074A KR 20120070665 A KR20120070665 A KR 20120070665A
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Abstract

PURPOSE: A double perovskite based electroconnector material is provided to have excellent sintering performance at low temperatures lower than 1400 deg.C. and electro conductivity in an oxidation or reduction atmosphere at 800 deg. C., thereby capable of being used as an electroconnector of a dense and thin film coated on the positive electrode or negative electrode of a non-planer type SOFC. CONSTITUTION: A double perovskite based electroconnector material electrically connects the positive electrode and negative electrode of nearby unit cells, and comprises titanium. The double perovskite based electroconnector material has a structural formula of A_xA'_(1-x)TiB'O_6, wherein A is a rare earth element, A' is alkaline earth metal, and B' is a transition metal. The rare earth metal is La and/or Y, the alkaline earth metal is Ca and/or Sr, and the transition metal is one or more selected from Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Ti, and V.

Description

고체산화물 연료전지용 이중 페롭스카이트계 전기연결재 재료 및 그 응용 방법 {Double Perovskite Interconnect Materials and their Application Methods for Solid Oxide Fuel Cells}Double Perovskite Interconnect Materials and Their Application Methods for Solid Oxide Fuel Cells}

본 발명은 고체산화물 연료전지용 세라믹 연결재 재료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체산화물 연료전지 단위셀의 양극과 음극을 전기적으로 연결하여 스택을 형성시키는 고온 고체산화물 연료전지용 고전도성 세라믹 연결재 재료에 관한 것이다. The present invention relates to a ceramic connecting material for a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a high-conductivity ceramic connecting material for a high temperature solid oxide fuel cell in which a positive electrode and a negative electrode of a solid oxide fuel cell unit cell are electrically connected to form a stack. .

제 3세대 연료전지라 할 수 있는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, 이하 SOFC 라 함)는 전해질로서 이트리아(yttria)를 첨가하고 결정 구조를 안정화시킨 산화 지르코늄을 사용해 왔다. 이 재료는 산소이온의 전도성을 가지고 있지만 800~1000의 고온의 범위에서 연료전지로서의 원하는 전도성을 얻을 수 있는 특징이 있다. 이 때문에 SOFC의 운전 온도는 통상 800 이상이며, 전극재료도 이와 같은 고온에 견디는 도전성의 물질이 사용되며 예로서 공기가 유입되는 공기극은 (LaSr)MnO3, 수소가 유입되는 연료극에는 Ni-ZrO2 혼합물이 통상 사용된다. 일반적으로 연료전지는 하나의 단위 셀의 음극과 이웃한 단위셀의 양극을 전기적으로 반복 연결하여 최종적인 스택을 구성하게 되는데, 이러한 이웃한 단위 셀 사이에 사용되는 전기연결재(interconnect)는 스택의 제작에 있어서 대단히 중요하며 두 단위 셀 사이에 반대극 끼리를 전기적으로 연결해주는 역할을 하게 될 뿐만 아니라 또한 음극에 공급되는 연료가스와 양극에 공급되는 공기가 혼합되는 것을 물리적으로 차단하는 역할도 하게 된다. Solid oxide fuel cells (SOFCs), which may be referred to as third generation fuel cells, have used zirconium oxide in which yttria is added as an electrolyte and stabilized in crystal structure. This material has the conductivity of oxygen ions, but it is characterized by the desired conductivity as a fuel cell in the high temperature range of 800 to 1000. For this reason, and the operating temperature of the SOFC is more than the normal 800, the electrode material is also this conductive material resistant to such high temperatures are used the cathode air is introduced by way of example are (LaSr) MnO 3, it is a fuel electrode in which hydrogen is introduced Ni-ZrO 2 Mixtures are commonly used. In general, a fuel cell is electrically connected to the anode of one unit cell and the anode of a neighboring unit cell repeatedly to form a final stack. The interconnects used between the neighboring unit cells are used to manufacture the stack. This is very important in the case of not only serves to electrically connect the opposite electrodes between the two unit cells, but also to physically block the mixing of the fuel gas supplied to the cathode and the air supplied to the anode.

SOFC용 전기연결재로 사용하기 위한 재료의 요구 조건은 SOFC 단위셀의 지지체 종류나 구조적 모양, 가스채널 설계 방법 또는 단위셀 연결 방법 등에 따라 달라지나, 일반적으로 가스가 새지않는 치밀막 형성, 구조적 안정성, 높은 전기전도도(> 2 Scm-1), 전극 및 전해질과 유사한 열팽창계수(10.5±0.510-6/℃), 산화/환원 분위기하에서의 열적 안정성(>50,000hr) 및 가공 용이성 등의 조건이 일부 또는 전부가 요구된다 (US 5614127).The requirements of materials for use as SOFC electrical connectors vary depending on the type and structural shape of the SOFC unit cell, the gas channel design method, or the unit cell connection method, but generally gas-tight dense film formation, structural stability, Some or all conditions such as high electrical conductivity (> 2 Scm -1 ), thermal expansion coefficient (10.5 ± 0.510 -6 / ° C) similar to electrode and electrolyte, thermal stability under oxidation / reduction atmosphere (> 50,000hr) and ease of processing Is required (US 5614127).

구체적으로는 평판형(planar type) SOFC에 사용되는 전기연결재는 적층 시 상하 단위 셀의 공기극과 연료극을 전기적으로 연결하고 각각의 전극에 연료 및 공기를 도입하기 위한 가스 채널들을 양면에 형성한 도전성의 금속 재료를 사용하게 된다. 따라서 이러한 경우의 금속 연결재는 전기전도도가 높고 제작비용이 낮은 Ni-Cr계, Fe-Cr계 등의 금속 합금이 사용되고 있으나, 낮은 내부식성 및 전극과의 열팽창계수 차이 등의 단점이 있다. 한편, 세라믹 연결재는 높은 내부식성, 전극과 유사한 열팽창계수의 장점이 있으나, 두꺼운 두께에 의한 낮은 전기전도도, 치밀막 형성의 어려움 등의 단점이 있다. 비평판형 SOFC에서의 전기연결재 조건은 평판형의 그것과는 사뭇 다른데, 예를 들어 원통형이나 평관형의 SOFC에서는 관 내부에 공기 또는 연료 채널이 이미 존재하기 때문 전기연결재는 이웃한 단위 셀 사이 반대극 끼리 전기적으로 연결하는 역할 뿐만 아니라 공기극의 공기와 연료극의 연료가스가 서로 혼입되는 것을 차단하는 차단막으로서의 역할을 동시에 하여야 하며 통상 박막으로 피복하게 된다. 따라서 이러한 조건에서는 전기연결재가 고온의 반응조건에서 산소 존재에 따른 산화분위기 및 수소 환원 분위기에서 열적 안정성이 확보되어야 하면서도 충분한 전기전도성, 공기와 연료의 혼합을 막기 위한 치밀막의 형성, 주위의 전극 및 전해질과의 열팽창 계수의 일치, 고온 소성 및 가공 용이성 등의 제반 물성 조건을 갖추어야 한다. Specifically, the electrical connector used for the planar type SOFC is a conductive material that electrically connects the cathode and the anode of the upper and lower unit cells and stacks gas channels for introducing fuel and air to each electrode. Metal material is used. Therefore, in this case, a metal alloy, such as Ni-Cr or Fe-Cr, which has high electrical conductivity and low fabrication cost, is used, but it has disadvantages such as low corrosion resistance and difference in thermal expansion coefficient with the electrode. On the other hand, the ceramic connecting material has the advantages of high corrosion resistance and thermal expansion coefficient similar to that of the electrode, but has disadvantages such as low electrical conductivity due to thick thickness and difficulty in forming a dense film. In non-planar SOFCs, the electrical connector conditions are quite different from those of the flat type, for example in cylindrical or flat-type SOFCs, the electrical connectors are the opposite poles between neighboring unit cells, since air or fuel channels already exist inside the tubes. In addition to the role of electrically connecting between the air of the cathode and the fuel gas of the anode to serve as a barrier to block the mixing of each other at the same time and is usually covered with a thin film. Therefore, under these conditions, the electrical connector should be secured in the oxidation atmosphere and hydrogen reduction atmosphere due to the presence of oxygen under high temperature reaction conditions, while having sufficient electrical conductivity, forming a dense membrane to prevent mixing of air and fuel, surrounding electrodes and electrolyte. The physical property conditions such as the thermal expansion coefficient and high temperature firing and ease of processing must be satisfied.

현재까지 보고된 대표적인 세라믹 전기연결재는 페롭스카이트 (Perovskite) 구조(ABO3)의 LaCrO3계 산화물이 있으나 1400℃ 이상의 온도와 산화분위기에서 휘발성인 CrO3을 형성할 뿐만아니라 1400℃ 이하에서는 소결성이 좋지않아 치밀막이 형성되지 못하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 음극의 수소 환원분위기에서 Cr(IV)에서 Cr(III)로 환원됨에 따라 부피가 팽창하여 전극과의 계면분리 현상이 발생한다. 또한, LaCrO3의 열팽창계수는 8.610-6/℃로서 연료전극인 Ni-YSZ의 열팽창계수(10.810-6/℃)와 일치시킬 필요가 있다 (Subhash C Singhal and Kevin Kendall, High Temperature Solid Oxide Fuel Cell Fundamentals, Design & Applications, 2003 Elsevier). 이러한 LaCrO3 산화물의 단점을 보완하기 위해서 Ca, Sr, Mg 등의 알칼리토금속 혹은 Zn, Cu 등의 전이금속을 도핑하여 1400~1600 ℃ 온도와 산화분위기에서 95% 이상의 이론밀도를 얻을 수 있으나(US 5185301, US 5286686), 수소 환원 분위기에서의 고온 열적 안정성 및 전기전도도 측면에서 아직 만족할 수준으로 보고된 바 없다.Representative ceramic electrical connectors reported to date include LaCrO 3 -based oxides of Perovskite structure (ABO 3 ), but not only form volatile CrO 3 at temperatures above 1400 ℃ and oxidation atmosphere but also sinterability under 1400 ℃ Not only does not have a problem that the dense film is not formed, as the volume is expanded from Cr (IV) to Cr (III) in the hydrogen reduction atmosphere of the cathode, the interface separation phenomenon with the electrode occurs. In addition, the coefficient of thermal expansion of LaCrO 3 is 8.610 -6 / ℃ and needs to match the thermal expansion coefficient (10.810 -6 / ℃) of Ni-YSZ (Subhash C Singhal and Kevin Kendall, High Temperature Solid Oxide Fuel Cell) Fundamentals, Design & Applications, 2003 Elsevier). In order to make up for the shortcomings of LaCrO 3 oxide, it is possible to obtain 95% or more theoretical density at 1400 ~ 1600 ℃ temperature and oxidation atmosphere by doping alkaline earth metal such as Ca, Sr, Mg or transition metal such as Zn, Cu (US 5185301, US 5286686), have not yet been reported to be satisfactory in terms of high temperature thermal stability and electrical conductivity in a hydrogen reducing atmosphere.

한편, 도핑된 티타늄산화물계 페롭스카이트 재료는 (예를 들면, SrTiO3 혹은 CaTiO3) 수소 환원분위기에서는 전기전도성이 보고되고 있고 1400 ℃이하에서도 치밀막 형성도는 좋아 음극 층과의 연결재로서는 가능하나 (US 2009/0186249), 산화분위기에서는 열적안정성이 없어서 전기전도성이 발현되지 않는 단점이 있어서 마찬가지로 산화-환원 동시 분위기에서 사용은 불가능하다. On the other hand, the doped titanium oxide-based perovskite material (for example, SrTiO 3 or CaTiO 3 ) has been reported to have electrical conductivity in a hydrogen reducing atmosphere, and has a high dense film formation even at 1400 ° C. or below. However (US 2009/0186249), in the oxidation atmosphere, there is a disadvantage in that the electrical conductivity is not expressed because there is no thermal stability, it is likewise impossible to use in an atmosphere of oxidation-reduction.

따라서, 기존 SOFC용 세라믹 연결재의 문제점들을 해결하고 산화-환원 분위기에서 전기전도성이 동시에 발현되는 새로운 연결재의 개발이 필요하다.Accordingly, there is a need to solve the problems of the conventional SOFC ceramic coupling material and to develop a new coupling material that simultaneously exhibits electrical conductivity in an oxidation-reducing atmosphere.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 기존 SOFC용 세라믹 연결재의 산화-환원 분위기에서 동시에 발현되는 전도성 뿐만 아니라 1400℃ 이하의 저온에서 치밀막이 형성되지 않는 저온 소결성 문제를 해결할 수 있는 새로운 세라믹 전기연결재 재료를 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a new ceramic electrical connector material that can solve the problem of low temperature sinterability that the dense film is not formed at a low temperature below 1400 ℃ as well as the conductivity simultaneously expressed in the oxidation-reduction atmosphere of the existing SOFC ceramic connector. It is.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 전기연결재 재료를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a new structure of electrical connection material that can solve the above problems.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 SOFC용 세라믹 연결재 재료는 Titanium을 포함하는 이중 페로브스카이트(double perovskite) 구조의 복합산화물인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the ceramic connecting material for SOFC according to the present invention is characterized in that the composite oxide having a double perovskite structure (Titanium).

본 발명에 있어서, 상기의 이중 페로브스카이트계 복합산화물의 구체적인 분자식은 AxA'1 - xTiB'O6로 표현되며 A의 위치에 La, Y 등의 희토류금속, A'의 위치에 Ca, Sr 등의 알칼리토금속, B'의 위치에 Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Zn, V 등의 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a specific molecular formula of the double perovskite-based composite oxide is represented by A x A ' 1 - x TiB'O 6 and rare earth metals such as La and Y at A and Ca at A'. And alkaline earth metals such as Sr and transition metals such as Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Zn, and V at the position of B '.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, SOFC가 Titanium을 포함하는 이중 페로브스카이트(double perovskite) 구조의 복합산화물을 전기연결재로 사용하는 것을 특징으로 한다. In another aspect, the present invention is characterized in that the SOFC uses a composite oxide having a double perovskite structure including Titanium as an electrical connector.

본 발명은 일 측면에서, 전도성 세라믹이 AxA'1 - xTiB'O6의 구조식을 가지며. 여기서 A는 희토류, A'는 알카리토금속, B'는 전이금속이며, 이중 페로브스카이트(double perovskite)계 복합 산화물로 이루어진 것을 특징으로 한다. In an aspect of the present invention, the conductive ceramic has a structural formula of A x A ' 1 - x TiB'O 6 . A is a rare earth, A 'is an alkaline earth metal, B' is a transition metal, it is characterized by consisting of a double perovskite-based composite oxide.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 AxA'1 - xTiB'O6의 구조식을 가지는 이중 페로브스카이트계 전도성 세라믹 전기연결재는 1400℃의 낮은 소결 온도에서의 소결 우수성 및 800℃의 산화 또는 환원 분위기에서의 높은 전기전도성으로 인해 금속 전기연결재의 표면 피복재 또는 비평판형 SOFC의 음극 또는 양극 상에 박막 피복된 치밀막의 전기연결재로 사용이 가능하다.The double perovskite-based conductive ceramic electrical connector having the structural formula A x A ' 1 - x TiB'O 6 for a solid oxide fuel cell according to the present invention is excellent in sintering at low sintering temperature of 1400 ° C and oxidation or reduction at 800 ° C. Due to the high electrical conductivity in the atmosphere, it is possible to use it as a surface coating material of a metal electrical connection material or a dense film electrical connection material coated on a cathode or an anode of a non-planar SOFC.

도 1은 본 발명에 따른 이중 페롭스카이트계 복합산화물(La0 .1Ca0 .9TiB'O6)의 X선 회절분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 이중 페롭스카이트계 복합산화물(La0 .1Ca0 .9TiB'O6) 표면의 주사전자현미경(SEM) 분석 결과를 보여주는 도면이다.
1 is a view showing the X-ray diffraction analysis of the double perop Sky teugye composite oxide (La 0 .1 Ca 0 .9 TiB'O 6) in accordance with the present invention.
2 is a view showing a double perop Sky teugye composite oxide (La 0 .1 Ca 0 .9 TiB'O 6) scanning electron microscopy (SEM) analysis of the resulting surface according to the invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대해 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하고자 하나 본 발명이 여기에 국한되는 것은 아니다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

본 발명의 Ti 포함 이중 페로브스카이트계 복합산화물은 출발물질로서 Ca(NO3)2?H2O, Co(NO3)3?H2O, Cr(NO3)3?H2O, Fe(NO3)3?H2O, La(NO3)3?H2O, Mn(NO3)2?H2O, Ni(NO3)2?H2O, Y(NO3)3?H2O 등의 전이금속 질산염과 Ti[OCH(CH3)2]4 등의 금속알콕사이드를 사용하여 당량비로 혼합 후 고상 소결법(Solid state synthesis)이나 Pechini 법 등의 나노분말 합성법 등으로 합성하여 제조할 수 있다. 예를 들어 Pechini법에 의한 나노분말 합성은 상기 전이금속 질산염중 적어도 하나의 1M 질산염 수용액 및 금속알콕사이드를 구연산(citric acid) 및 에틸렌 글리콜 용액에 혼합하여 균일한 혼합용액이 되도록 60~70℃ 온도에서 교반하고 약 150~160℃로 승온하여 겔(gel)상태가 될 때가지 수분을 제거한 후 약 900℃에서 5시간 이상 소성하였다. 소성된 분말은 미세한 분말로 갈아준 후 다시 약 1250℃에서 5시간 이상 소성하였다. 상기의 복합산화물 분말은 에탄올과 혼합하여 3일 이상 볼 밀링 하였다. 상기 복합산화물 슬러리는 약 50℃에서 12시간 이상동안 건조한 후 약 2 ton 압력하에서 펠렛을 제작하여 1600℃ 이하 보다 상세하게는 1400℃ 이하의 낮은 온도에서 4시간 이상 소결하였다.Ti-containing double perovskite-based composite oxide of the present invention is a starting material Ca (NO 3 ) 2 H 2 O, Co (NO 3 ) 3 H 2 O, Cr (NO 3 ) 3 H 2 O, Fe (NO 3 ) 3 ? H 2 O, La (NO 3 ) 3 ? H 2 O, Mn (NO 3 ) 2 ? H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 ? H 2 O, Y (NO 3 ) 3 ? It is prepared by mixing in equivalence ratio using transition metal nitrate such as H 2 O and metal alkoxide such as Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4, and then synthesizing by nano powder synthesis such as solid state synthesis or Pechini method. can do. For example, the nano-powder synthesis by Pechini method is a mixture of at least one 1M nitrate solution and metal alkoxide of the transition metal nitrate to citric acid and ethylene glycol solution at a temperature of 60 ~ 70 ℃ to make a uniform solution After stirring and heating to about 150 ~ 160 ℃ to remove the water until the gel (gel) state and then calcined at about 900 ℃ for more than 5 hours. The calcined powder was ground to a fine powder and calcined at about 1250 ° C. for at least 5 hours. The composite oxide powder was mixed with ethanol and ball milled for at least 3 days. The composite oxide slurry was dried at about 50 ° C. for more than 12 hours, and pellets were produced under a pressure of about 2 ton, and then sintered at about 4 hours at a low temperature of 1,400 ° C. or less.

상기 복합산화물 분말은 도면 1에서와 같이 X선 회절분석법을 통하여 단일상의 이중 페로브스카이트 구조임을 확인하였다.The composite oxide powder was confirmed to have a single phase double perovskite structure through X-ray diffraction analysis as shown in FIG.

실시예 2Example 2

상기의 이중 페로브스카이트계 복합산화물 펠렛을 1400℃에서 8시간 동안 소결 한 후, Au wire를 펠렛 상에서 일정 거리를 두고 Au paste로 고정한 후 800℃의 온도에서 산화(공기) 혹은 환원(10%H2/N2) 분위기 하에서 2 시간 후 전기전도도를 측정하였다.After sintering the above double perovskite-based composite oxide pellets at 1400 ° C. for 8 hours, Au wires were fixed with Au paste at a certain distance on the pellets and then oxidized (air) or reduced (800%) at a temperature of 800 ° C. 2 / N 2 ) The electrical conductivity was measured after 2 hours under the atmosphere.

아래의 표 1에서 보는 바와 같이, Ti계 이중 페로브스카이트 복합산화물의 전기전도도는 산화분위기에서 B'=Co, Fe, Cr, Mn인 경우 2 S/cm 이상이고, 특히 B'=Cr, Fe, Mn인 경우 산화 및 환원 분위기에서 SOFC용 세라믹 전기연결재로서의 요구조건을 만족시킨다. As shown in Table 1 below, the electrical conductivity of the Ti-based double perovskite composite oxide is 2 S / cm or more when B '= Co, Fe, Cr, Mn in an oxidizing atmosphere, in particular, B' = Cr, In the case of Fe and Mn, it satisfies the requirements as a ceramic electrical connection material for SOFC in oxidizing and reducing atmospheres.

복합산화물
(LaxCa1-xTiBO6)
Complex oxide
(La x Ca 1-x TiBO 6 )
산화분위기 (공기, 800℃) 에서의 전기전도도 (S/cm)Electrical Conductivity in Oxidation Atmosphere (Air, 800 ℃) (S / cm) 환원분위기 (수소, 800℃)
에서의 전기전도도 (S/cm)
Reducing atmosphere (Hydrogen, 800 ℃)
Conductivity at (S / cm)
La0 .1Ca0 .9TiO3 La 0 .1 Ca 0 .9 TiO 3 negligiblenegligible 2.92.9 La0.1Ca0.9TiCoO6 La 0.1 Ca 0.9 TiCoO 6 2.22.2 negligiblenegligible La0.1Ca0.9TiNiO6 La 0.1 Ca 0.9 TiNiO 6 0.10.1 negligiblenegligible La0.1Ca0.9TiCrO6 La 0.1 Ca 0.9 TiCrO 6 0.40.4 0.10.1 La0.1Ca0.9TiFeO6 La 0.1 Ca 0.9 TiFeO 6 2.22.2 1.21.2 La0 .1Ca0 .9TiMnO6 La 0 .1 Ca 0 .9 TiMnO 6 5.05.0 3.43.4 Y0 .1Ca0 .9TiMnO6 Y 0 .1 Ca 0 .9 TiMnO 6 4.24.2 2.82.8

이중 페로브스카이트계 복합산화물의 전기전도도Electrical Conductivity of Double Perovskite Composite Oxides

실시예 3Example 3

상기의 이중 페로브스카이트계 복합산화물 펠렛을 1400℃에서 8시간 동안 소결 한 후, 다시 800℃의 온도의 환원분위기(10% H2/N2)에서 2시간 이상 환원처리 후 주사전자현미경(SEM) 분석을 수행하였다. The double perovskite-based composite oxide pellets were sintered at 1400 ° C. for 8 hours, and then further reduced in a reducing atmosphere (10% H 2 / N 2 ) at 800 ° C. for 2 hours or more, and then subjected to scanning electron microscopy (SEM). ) Analysis was performed.

도면 2에서 보는 바와 같이, La0 .1Ca0 .9TiO3의 경우에는 1400 ℃의 낮은 온도에서 소결 후에는 다수의 기공이 존재하지만, 이중 페로브스카이트계 복합산화물(La0 .1Ca0 .9TiB'O6, B'=Co, Cr 혹은 Mn)의 경우 기공(10)이 거의 없는 치밀구조가 형성됨을 확인하였다. 이러한 치밀구조의 형성은 B'에 위치한 전이금속으로 인한 소결성의 향상 뿐만 아니라 입계(grain boundary)에 존재하는 액상(liquid phase, 20)에 근거한 것으로 보여진다.As shown in figure 2, La 0 .1 Ca For 0 .9 TiO 3 is then sintered at a temperature of 1400 ℃ exists a large number of pores, however, the double perovskite teugye composite oxide (La 0 .1 0 Ca In the case of TiB'O 6 , B '= Co, Cr or Mn), it was confirmed that a dense structure with almost no pores 10 was formed. The formation of this dense structure seems to be based on the liquid phase 20 present in the grain boundary as well as the improvement of sinterability due to the transition metal located at B '.

Claims (20)

SOFC의 이웃한 단위셀들의 양극과 음극을 서로 전기적으로 연결하는 전기연결재에 있어서, 티타늄을 포함하는 이중 페로브스카이트(double perovskite)계 복합 산화물인 것을 특징으로 하는 전기연결재.An electrical connector for electrically connecting the positive electrode and the negative electrode of neighboring unit cells of an SOFC, the electrical connector comprising a double perovskite-based composite oxide containing titanium. 제1항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물은 AxA'1 - xTiB'O6의 구조식을 가지며, 여기서 A는 희토류, A'는 알카리토금속, B'은 전이금속인 것을 특징으로 하는 전기연결재.The method of claim 1, wherein the double perovskite-based composite oxide has a structural formula of A x A ' 1 - x TiB'O 6 , wherein A is a rare earth, A' is an alkaline earth metal, B 'is a transition metal Electrical connection material. 제2항에 있어서, 상기 희토류 금속은 La, Y에서 하나 이상 선택되며, 상기 알카리토금속은 Ca, Sr에서 하나 이상 선택되며, 상기 전이금속은 Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Ti, V에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 전기연결재.The method of claim 2, wherein the rare earth metal is at least one selected from La, Y, the alkaline earth metal is at least one selected from Ca, Sr, the transition metal is Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Electrical connection material, characterized in that at least one selected from Ti, V. 제1항에 있어서, 상기 이중페로브스카이트계 복합산화물은 LaxCa1-xTiCrO6 ,
LaxCa1-xTiFeO6, LaxCa1-xTiMnO6, 또는 YxCa1-xTiMnO6 인 것을 특징으로 하는 전기연결재.
The method of claim 1, wherein the double perovskite-based composite oxide is LaxCa1-xTiCrO 6 ,
LaxCa1-xTiFeO 6, LaxCa1-xTiMnO 6, or YxCa1-xTiMnO 6 , the electrical connector.
제4항에 있어서, 상기 x는 0.5 미만인 것을 특징으로 하는 전기연결재.The electrical connector of claim 4, wherein x is less than 0.5. 제1항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물은 1000 ℃이하 온도의 산화 및 환원 분위기에서 0.1 S/cm 이상의 전기전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기연결재.The electrical connector of claim 1, wherein the double perovskite-based composite oxide has an electrical conductivity of 0.1 S / cm or more in an oxidizing and reducing atmosphere of 1000 ° C or less. 제1항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물은 850℃ 이하 온도에서 산화 및 환원 분위기에서 0.1 S/cm 이상의 전기전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기연결재.The electrical connector of claim 1, wherein the double perovskite-based composite oxide has an electrical conductivity of 0.1 S / cm or more in an oxidizing and reducing atmosphere at a temperature of 850 ° C or lower. 제1항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물은 1600℃ 이하의 소결온도에서 94% 이상의 상대 밀도의 치밀 구조를 형성하는 특징으로 하는 전기연결재.The electrical connector of claim 1, wherein the double perovskite-based composite oxide forms a dense structure having a relative density of 94% or more at a sintering temperature of 1600 ° C. or less. 제1항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물은 1400℃ 이하의 소결온도에서 94% 이상의 상대 밀도의 치밀 구조를 형성하는 특징으로 하는 전기연결재.The electrical connector of claim 1, wherein the double perovskite-based composite oxide forms a dense structure having a relative density of 94% or more at a sintering temperature of 1400 ° C. or less. 세라믹 전기 연결재 재료가 티타늄을 포함하는 이중 페로브스카이트(double perovskite) 구조의 복합산화물인 것을 특징으로 SOFC.SOFC, characterized in that the ceramic electrical connector material is a composite oxide of double perovskite structure comprising titanium. 제10항에 있어서, 상기 전기연결재는 산화 및 환원 분위기에서 0.1 S/cm 이상의 전기전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 SOFC.The SOFC according to claim 10, wherein the electrical connector has an electrical conductivity of 0.1 S / cm or more in an oxidizing and reducing atmosphere. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물이 금속 전기연결재 표면에 피복되어 사용되는 것을 특징으로 하는 SOFC.The SOFC according to claim 10 or 11, wherein the double perovskite-based composite oxide is coated on the surface of the metal electrical connector. 제10항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물이 음극 또는 양극에 도핑된 것을 특징으로 하는 SOFC.The SOFC according to claim 10, wherein the double perovskite-based composite oxide is doped in a cathode or an anode. 제10항에 있어서, 상기 이중 페로브스카이트계 복합산화물은 AxA'1 - xTiB'O6의 구조식을 가지며, 여기서 A는 희토류, A'는 알카리토금속, B'은 전이금속인 것을 특징으로 하는 SOFC.The method of claim 10, wherein the double perovskite-based composite oxide has a structural formula of A x A ' 1 - x TiB'O 6 , wherein A is a rare earth, A' is an alkaline earth metal, B 'is a transition metal SOFC. 제10항에 있어서, 상기 희토류 금속은 La, Y에서 하나 이상 선택되며, 상기 알카리토금속은 Ca, Sr에서 하나 이상 선택되며, 상기 전이금속은 Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Ti, V에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 SOFC.The method of claim 10, wherein the rare earth metal is at least one selected from La, Y, the alkali metal is at least one selected from Ca, Sr, the transition metal is Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, SOFC, characterized in that at least one selected from Ti, V. 제10항에 있어서, 상기 이중페로브스카이트계 복합산화물은 LaxCa1 - xTiCrO6 , LaxCa1-xTiFeO6, LaxCa1 - xTiMnO6 , 또는 YxCa1 - xTiMnO6 인 것을 특징으로 하는 SOFC. The SOFC according to claim 10, wherein the double perovskite-based composite oxide is LaxCa 1 - x TiCrO 6 , LaxCa 1-x TiFeO 6, LaxCa 1 - x TiMnO 6 , or YxCa 1 - x TiMnO 6 . 이중 페로브스카이트(double perovskite)계 복합 산화물로서, AxA'1 - xTiB'O6의 구조식을 가지며. 여기서 A는 희토류, A'는 알카리토금속, B'는 전이금속인 것을 특징으로 하는 전도성 세라믹.As a double perovskite-based composite oxide, it has a structural formula of A x A ' 1 - x TiB'O 6 . Wherein A is a rare earth, A 'is an alkaline earth metal, and B' is a transition metal. 제17항에 있어서, 상기 희토류 금속은 La, Y에서 하나 이상 선택되며, 상기 알카리토금속은 Ca, Sr에서 하나 이상 선택되며, 상기 전이금속은 Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Ti, V에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 세라믹.The method of claim 17, wherein the rare earth metal is at least one selected from La, Y, the alkali metal is at least one selected from Ca, Sr, the transition metal is Co, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Conductive ceramic, characterized in that at least one selected from Ti, V. 제17항에 있어서, 상기 이중페로브스카이트계 복합산화물은 LaxCa1 - xTiCrO6 , LaxCa1-xTiFeO6, LaxCa1 - xTiMnO6 , 또는 YxCa1 - xTiMnO6 이며, 여기서 x는 0.5미만인 것을 특징으로 하는 전도성 세라믹.The method of claim 17, wherein the double perovskite-based composite oxide is LaxCa 1 - x TiCrO 6 , LaxCa 1-x TiFeO 6, LaxCa 1 - x TiMnO 6 , or YxCa 1 - x TiMnO 6 , wherein x is less than 0.5. A conductive ceramic, characterized in that. 제17항에 있어서, 상기 전도성 세라믹은 산화분위기, 환원분위기, 또는 양자에서 0.1 S/cm 이상의 전기전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 전도성 세라믹.18. The conductive ceramic as claimed in claim 17, wherein the conductive ceramic has an electrical conductivity of 0.1 S / cm or more in an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, or both.
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