KR20140067193A - Method of manufacturing porous composite thin film and the porous composite thin film for electrode - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a porous composite according to the present invention includes: a composite thin film forming process for forming a cross-deposited composite thin film where a first layer including a first thin film forming material and a second layer including a second thin film forming material are alternatingly deposited; and a composite heat treatment process for forming a porous composite by heat treating the cross-deposited thin film. By using the method for manufacturing a porous composite according to the present invention, a porous composite can be easily manufactured, thereby utilizing the porous composite as an electrode of an electrochemical conversion element and replacing a meticulous refined structure of electrodes of a secondary battery, a fuel cell, and a super capacitor for an enhancement in performance.

Description

다공성 복합체 박막의 제조방법 및 전극용 다공성 복합체 박막{METHOD OF MANUFACTURING POROUS COMPOSITE THIN FILM AND THE POROUS COMPOSITE THIN FILM FOR ELECTRODE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for producing a porous composite thin film,

본 발명은 다공성 산화물 복합체의 제조방법 및 전극용 다공성 산화물 복합체에 관한 것으로, 두 가지 서로 다른 물질을 교차 증착하여 열처리함으로써 다공성 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 박막은 이차전지, 연료전지, 그리고 슈퍼 커패시터와 같은 전기화학변환장치의 전극으로 활용될 수 있는 다공성 산화물 복합체로 적용할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a porous oxide composite and a porous oxide composite for electrodes, and more particularly, to a method for producing a porous thin film by cross-deposition of two different materials and heat treatment. Such a thin film can be applied as a porous oxide composite that can be utilized as an electrode of an electrochemical conversion device such as a secondary cell, a fuel cell, and a super capacitor.

이차전지, 연료전지, 그리고 슈퍼커패시터와 같은 전기화학변환장치의 제조과정에서 박막 증착 과정은 제조된 전기화학변환장치의 성능과 직접적인 관련이 있는 중요한 과정이다.In the fabrication of electrochemical conversion devices such as secondary cells, fuel cells, and supercapacitors, the thin film deposition process is an important process directly related to the performance of the electrochemical conversion device manufactured.

진공증착에 의한 박막공정으로 전기화학변환장치를 제작하고자 하는 경우, 기상증착법으로 제작한 치밀한 고체 전해질 양면에 다공성 전극을 증착하는 단계가 필요하다. 그러나, 기상증착법은 다공성의 박막을 증착하는데 한계가 있어, 현재까지 치밀한 박막의 형태로 전극을 증착하여 제작하여왔다.In order to fabricate an electrochemical conversion device by a thin film process by vacuum deposition, a step of depositing a porous electrode on both sides of a dense solid electrolyte produced by a vapor deposition method is necessary. However, the vapor deposition method has a limitation in depositing a porous thin film, and has been manufactured by depositing electrodes in the form of dense thin films.

전극을 이루는 박막의 형태에 따라서 이러한 박막을 포함하여 제조된 전기화학변환장치의 성능에 차이가 나타난다. 따라서, 전극을 이루는 박막의 형태를 조절하여 전기화학변환장치가 고성능을 달성할 수 있도록, 기존의 치밀한 전극을 다공성으로 대체하여 제작할 수 있는 방법의 제시가 필요하다. 또한, 전극 소재 자체의 변화도 필요하다.There is a difference in the performance of the electrochemical conversion apparatus including such a thin film depending on the shape of the thin film constituting the electrode. Therefore, it is necessary to propose a method of replacing the existing dense electrode with porosity so that the electrochemical conversion apparatus can achieve high performance by controlling the shape of the thin film constituting the electrode. It is also necessary to change the electrode material itself.

전기화학변환장치의 성능을 결정하는 중요 인자들 중의 하나인 전극 소재로써 산화물 소재를 전해질 제작방법과 동일한 진공증착방법을 이용하여 다공성으로 증착하고, 이를 전극으로 활용하는 기술은 보고된 바 없다. 단지, 백금층 단층을 다공체화하는 기술만이 보고되어 있을 뿐이다.There has been no report on a technique of depositing an oxide material as an electrode material, which is one of the important factors determining the performance of an electrochemical conversion device, as a porous material by using the same vacuum deposition method as an electrolyte production method and utilizing it as an electrode. Only a technique of making a platinum layer single layer porous is reported.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하도록 진공증착법으로 손쉽게 다공성 전극을 제작하고 또한 이러한 방법 하에 전극의 소재로 산화물을 채용할 수 있는 새로운 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a new method for easily manufacturing a porous electrode by a vacuum evaporation method to solve such a problem, and also to employ oxide as a material of an electrode under such a method.

전기화학변환장치에는 기존의 다공성 전극을 제조하는 방법은, 대상 분말을 유기물과 혼합하여 도포하는 방법이나 다공성 기재에 함침시키는 방법이 알려져 있다(문헌 1, 특허등록번호 0691558, 고체산화물 연료전지의 제조방법 2007.02.28). 그러나, 이러한 방법들은 방법 자체의 특성 때문에 스퍼터링과 같은 진공증착공정과 결합할 수 없는 전혀 상이한 기술이다.In the electrochemical conversion apparatus, a known method of producing a porous electrode is a method of mixing a target powder with an organic material and applying the same, or a method of impregnating a porous substrate with the powder (Japanese Patent No. 0691558, Production of Solid Oxide Fuel Cell Method 2007.02.28). However, these methods are entirely different techniques that can not be combined with vacuum deposition processes such as sputtering due to the nature of the process itself.

또한, 백금, 금과 같은 일부 귀금속을 이용하여 진공 증착함으로써 다공성 전극을 제작하는 방법이 알려져 있으나(문헌 2, X. Wang 등 5명, Thermal stabilities of nanoporous metallic electrodes at elevated temperatures: J. Power Sources, 175, 75~81 (2008), 문헌 3, 특허등록번호. 10-0448519, 초소형 전기화학 장치를 위한 다공성 전극 및 박막 전해질 제조방법, 2004.09.02), 이러한 방식은 단일층의 극박막 다공성 전극을 형성시키는 경우에만 유효하며, 다층의 복잡한 기공구조를 형성시킴으로써 고성능화하는 것이 불가하며, 산화물과 같은 다양한 소재에 적용 또한 불가능하다. In addition, a method of fabricating a porous electrode by vacuum evaporation using some noble metals such as platinum and gold is known (refer to [2], X. Wang et al., [5], thermal stability of nanoporous metallic electrodes at elevated temperatures: J. Power Sources, (2008), Document 3, Patent Registration No. 10-0448519, Porous Electrode and Thin Film Electrolyte Preparation Method for Micro Electrochemical Device, 2004.09.02) It is impossible to achieve high performance by forming a complex pore structure of multiple layers, and it is also impossible to apply to various materials such as oxides.

본 발명에서는 기존의 발명들과 다르게, 진공 증착공정을 사용하여 두 가지 다른 물질을 교차 증착함으로써 단일층이 아닌 다층의 미세조직을 구현할 수 있는 산화물 및 복합체 전극을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a method for manufacturing an oxide and a composite electrode capable of realizing multi-layered microstructure rather than a single layer by cross-depositing two different materials by using a vacuum deposition process.

본 발명의 목적은 다층의 미세조직을 구현할 수 있는 산화물, 금속-산화물 복합체 박막 등을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이는 기존의 치밀한 박막 형태의 전극을 대체할 수 있는 것으로 다공성 형태의 전극을 제조할 수 있도록 한다. 또한, 기존의 경우와 달리, 백금으로 이루어진 금속 다공성 전극뿐만 아니라, 다양한 금속 또는 금속 산화물에 의해서도 다공성 전극을 제조할 수 있도록 하며, 손쉬운 방법으로 다공성 전극을 제조하고, 이렇게 제조한 박막을 전극의 소재로 채용하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for producing an oxide, a metal-oxide composite thin film and the like capable of realizing multilayer microstructure. This makes it possible to manufacture a porous electrode in place of the conventional thin film electrode. In addition, unlike the conventional case, a porous electrode can be manufactured not only by a metal porous electrode made of platinum but also by various metals or metal oxides. A porous electrode is manufactured by an easy method, As well as to provide a method of employing it.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성복합체의 제조방법은 제1박막형성물질을 포함하는 제1층과 제2박막형성물질을 포함하는 제2층이 교대로 증착된 교차증착복합박막을 형성하는 복합박막형성과정; 그리고 상기 교차증착복합박막을 열처리하여 다공성복합체를 형성하는 복합체열처리과정;을 포함한다.In order to accomplish the above object, a method of manufacturing a porous composite according to an embodiment of the present invention includes a first layer including a first thin film forming material and a second layer including a second thin film forming material, A composite thin film forming process for forming a deposited composite thin film; And a composite heat treatment process in which the cross-deposited composite thin film is heat-treated to form a porous composite.

상기 복합박막형성과정은, 제1박막형성물질로 지지체의 일면(一面)에 제1층을 형성하는 제1층형성단계, 그리고 상기 제1박막형성물질과 다른 제2박막형성물질로 상기 제1층의 상면(上面)에 제2층을 형성하는 제2층형성단계를 포함하는 것일 수 있다.The composite thin film forming process may include a first layer forming step of forming a first layer on one surface of a support using a first thin film forming material and a second layer forming step of forming a first thin film forming material on the first thin film forming material, And a second layer forming step of forming a second layer on an upper surface (upper surface) of the layer.

상기 복합박막형성과정은 상기 제1층형성단계 및 상기 제2층형성단계가 반복하여 이루어져 상기 교차증착복합박막이 상기 제1층과 제2층이 교대로 반복하여 형성되는 과정을 포함하는 것일 수 있다.The composite thin film formation process may include repeating the first layer formation step and the second layer formation step so that the cross-deposited composite thin film is formed by alternately repeating the first layer and the second layer. have.

상기 제1층형성단계 이후 또는 상기 제2층형성단계 이후에 열처리단계가 수행되는 것일 수 있다.The heat treatment step may be performed after the first layer forming step or after the second layer forming step.

상기 다공성복합체의 제조방법은 상기 복합체열처리과정 이후에 화학 에칭을 하는 에칭과정을 더 포함하는 것일 수 있다.The method of manufacturing the porous composite may further include an etching process for performing chemical etching after the composite heat treatment process.

상기 화학 에칭은 에칭용액에 상기 다공성복합체를 담구는 과정을 포함하고, 상기 에칭용액은 NH4OH 및 H2O2를 포함하는 것일 수 있다.The chemical etching may include the step of immersing the porous composite in an etching solution, and the etching solution may include NH 4 OH and H 2 O 2 .

상기 제1층, 제2층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 박막의 형성은 RF 스퍼터링 방법(RF sputtering), DC 스퍼터링 방법(DC sputtering), 또는 펄스 레이저 증착 방법(Pulsed Laser Deposition)을 포함하여 이루어지는 것일 수 있다.The formation of the thin film selected from the first layer, the second layer and the combination thereof may be performed by an RF sputtering method, a DC sputtering method, or a Pulsed Laser Deposition method . ≪ / RTI >

상기 복합체열처리과정에서 열처리는 산소분위기 하에서 300 내지 800 ℃로 이루어지는 것일 수 있다.In the composite heat treatment process, the heat treatment may be performed at 300 to 800 ° C under an oxygen atmosphere.

상기 제1박막형성물질은 산화물 및 제1금속을 포함하는 것일 수 있고, 상기 제2박막형성물질은 제2금속을 포함하는 것일 수 있다.The first thin film forming material may include an oxide and a first metal, and the second thin film forming material may include a second metal.

상기 제1박막형성물질에 포함되는 제1금속과 상기 제2박막형성물질에 포함되는 제2금속은 동일한 금속일 수 있고, 상기 제1박막은, 상기 산화물 및 제1금속을 포함하는 제1박막형성물질을 동시증착하여 형성되는 것일 수 있다.The first metal included in the first thin film forming material and the second metal contained in the second thin film forming material may be the same metal, and the first thin film may include a first thin film including the oxide and the first metal Forming material may be co-deposited.

상기 제1금속 및 제2금속은 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 리튬(Li), 코발트(Co), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe), 란탄(La), 및 사마리움(Sm)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속일 수 있다.The first and second metals may be selected from the group consisting of Ag, Au, Al, Sn, Li, Co, Mn, Ni, (Fe), lanthanum (La), and samarium (Sm).

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다공성복합체 형성용 교차증착복합박막은 제1박막형성물질을 포함하는 제1층과 상기 제1층의 상면(上面)에 제2박막형성물질을 포함하는 제2층이 위치하는 단위가 반복하여 형성된 교차증착복합박막을 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a cross-coated composite thin film for forming a porous composite includes a first layer including a first thin film forming material and a second layer including a second thin film forming material on an upper surface of the first layer And a layer where the layer is located is repeatedly formed.

상기 제1층은 산화물 및 금속의 동시증착물일 수 있고, 상기 제2층은 금속증착물인 것일 수 있다.The first layer may be a co-deposition of an oxide and a metal, and the second layer may be a metal deposition.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다공성박막은 상기 교차증착복합박막을 열처리하여 제조하는 다공성 박막으로, 다공성 박막의 표면 및 내부에 부정형의 다공성 기공이 균일하게 분포하고 있고, 상기 다공성 박막은 평균 기공의 크기가 0.01 내지 0.2 미크론이고, 비표면적이 2.5 내지 50 m2/g이며, 박막의 두께가 0.1 내지 30 미크론인 것일 수 있다.
The porous thin film according to another embodiment of the present invention is a porous thin film prepared by heat-treating the cross-deposited composite thin film, wherein irregular porous pores are uniformly distributed on the surface and inside of the porous thin film, The size is 0.01 to 0.2 microns, the specific surface area is 2.5 to 50 m 2 / g, and the thickness of the thin film is 0.1 to 30 microns.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 다공성복합체의 제조방법은 복합박막형성과정, 그리고 복합체 열처리 과정을 포함한다.The process for preparing the porous composite of the present invention includes a composite thin film formation process and a composite heat treatment process.

상기 복합박막형성과정은 제1박막형성물질을 포함하는 제1층과 제2박막형성물질을 포함하는 제2층이 교대로 증착된 교차증착복합박막을 형성하는 과정이다.The composite thin film forming process is a process of forming a cross-deposited composite thin film in which a first layer including a first thin film forming material and a second layer including a second thin film forming material are alternately deposited.

상기 복합박막형성과정은 제1박막형성물질로 지지체의 일면(一面)에 제1층을 형성하는 제1층형성단계, 그리고 상기 제1박막형성물질과 다른 제2박막형성물질로 상기 제1층의 상면(上面)에 제2층을 형성하는 제2층형성단계를 포함하는 것일 수 있다.The composite thin film forming process may include a first layer forming step of forming a first layer on one surface of a support using a first thin film forming material and a second layer forming step using a second thin film forming material different from the first thin film forming material, And a second layer forming step of forming a second layer on the upper surface (top surface) of the substrate.

상기 제1층, 제2층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 박막의 형성은 RF 스퍼터링 방법(RF sputtering), DC 스퍼터링 방법(DC sputtering), 또는 펄스 레이저 증착 방법(Pulsed Laser Deposition)을 포함하여 이루어지는 것일 수 있다. 상기 다공성복합체의 제조방법에 의하여 형성되는 다공성복합체를 전극으로 이용할 경우에는, 전해질을 진공 증착하는 챔버와 동일한 챔버 내에서 상기 박막 형성 과정이 이루어질 수 있어서, 박막의 증착을 위해서 추가적인 장비가 필요하지 않고, 이물질의 오염의 영향을 배제할 수 있다.The formation of the thin film selected from the first layer, the second layer and the combination thereof may be performed by an RF sputtering method, a DC sputtering method, or a Pulsed Laser Deposition method . ≪ / RTI > When the porous composite formed by the porous composite material is used as an electrode, the thin film formation process can be performed in the same chamber as the chamber for vacuum-depositing the electrolyte, so that no additional equipment is required for deposition of the thin film , It is possible to exclude the influence of contamination of foreign matter.

상기 제1박막형성물질은 산화물 및 금속을 포함하는 것일 수 있고, 상기 제2박막형성물질은 금속을 포함하는 것일 수 있다. 이러한 경우에는 전극으로 활용하기에 적절하면서도 간단한 방법으로 교차증착복합박막을 형성할 수 있고, 이를 이용해서 다공성 전극으로 활용하기에 우수한 다공성복합체를 용이하게 제조할 수 있다.The first thin film forming material may include an oxide and a metal, and the second thin film forming material may include a metal. In this case, it is possible to form a cross-deposited composite thin film by a simple and convenient method for use as an electrode, and a porous composite excellent in utilization as a porous electrode can be easily manufactured.

상기 제1박막형성물질 또는 상기 제2박막형성물질은 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 리튬(Li), 코발트(Co), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe), 란탄(La), 및 사마리움(Sm)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속을 포함하는 것일 수 있다.The first thin film forming material or the second thin film forming material may be at least one selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), tin (Sn), lithium (Li), cobalt (Co), manganese (Ni), iron (Fe), lanthanum (La), and samarium (Sm).

상기 산화물은 리튬(Li), 코발트(Co), 망간(Mn), 및 니켈(Ni)으로 이루어진 군에서 2 종 이상 원소가 포함된 금속 산화물일 수 있다.The oxide may be a metal oxide containing at least two elements selected from the group consisting of lithium (Li), cobalt (Co), manganese (Mn), and nickel (Ni)

상기 산화물은 리튬(Li), 철(Fe), 인(P), 및 불소(F)로 이루어진 군에서 3 종 이상 원소가 포함된 금속 산화물일 수 있다.The oxide may be a metal oxide containing at least three elements selected from the group consisting of lithium (Li), iron (Fe), phosphor (P), and fluorine (F).

상기 산화물은 란탄(La), 코발트(Co), 망간(Mn), 사마리움(Sm), 및 스트론튬(Sr)으로 이루어진 군에서 선택된 2 종 이상 원소가 포함된 금속산화물일 수 있다.The oxide may be a metal oxide containing two or more elements selected from the group consisting of lanthanum (La), cobalt (Co), manganese (Mn), samarium (Sm), and strontium (Sr).

상기 복합박막형성과정은 상기 제1층형성단계 및 상기 제2층형성단계가 반복하여 이루어져 상기 교차증착복합박막이 상기 제1층과 제2층이 교대로 반복하여 형성되는 교차증착과정을 포함하는 것일 수 있다. 상기 교차증착과정은 상온 또는 가열된 상태에서 시행될 수 있다.The composite thin film forming process includes a cross-deposition process in which the first layer forming step and the second layer forming step are repeated so that the first and second layers are alternately repeatedly formed in the cross- Lt; / RTI > The cross-deposition process may be performed at room temperature or in a heated state.

상기 복합박막형성과정에서 상기 제1층형성단계와 상기 제2층형성단계는, 상기 제1층형성단계에서 상기 제1층은 산화물과 금속을 동시증착하여 형성되고, 상기 제2층형성단계에서 상기 제2층은 금속을 증착하여 형성되는 것일 수 있다. 상기 제1층 내의 산화물 및 금속의 비율은, DC power의 크기를 변화시켜서 조절할 수 있으며, DC power를 높은 출력으로 적용할 경우에는 상기 제1층 내에 금속 성분의 함량을 증가시킬 수 있다.In the forming of the composite thin film, the first layer forming step and the second layer forming step are formed by simultaneously depositing an oxide and a metal in the first layer forming step, and in the second layer forming step The second layer may be formed by depositing a metal. The ratio of oxides and metals in the first layer can be adjusted by changing the magnitude of the DC power, and when the DC power is applied at a high power, the content of the metal component in the first layer can be increased.

또한, 제1층형성단계의 시행 시간을 길게 또는 짧게 구성함으로써 최종 다공성 박막의 기공률을 조절할 수 있고, 상기 제1층 및 제2층을 교차로 형성하는 반복 횟수를 조절하여 전체 다공상 박막의 두께를 조절할 수 있어서 다공성 전극의 두께 조절도 가능하다.The porosity of the final porous thin film can be adjusted by making the execution time of the first layer forming step long or short, and the number of repetition of forming the first layer and the second layer at the intersections is adjusted to increase the thickness of the entire poly- The thickness of the porous electrode can be adjusted.

이렇게 산화물과 금속이 동시증착된 제1층과 금속을 증착한 제2층을 교차로 반복하여 형성한 교차증착복합박막은 열처리 과정을 통해서 기공과 산화물, 그리고 금속이 분산되어 형성된 다공성 박막을 용이하게 형성할 수 있으며, 이렇게 형성된 다공성 박막은 전기화학변환장치의 전극으로 활용할 수 있다.The cross-deposited composite thin film formed by alternately repeating the first layer in which oxide and metal are co-deposited and the second layer in which metal is deposited is formed by heat treatment to easily form a porous thin film formed by dispersing pores, oxides, and metals The porous thin film thus formed can be utilized as an electrode of an electrochemical conversion device.

상기 제1층형성단계 이후 또는 상기 제2층형성단계 이후에 열처리단계가 수행되는 것일 수 있다. 상기 제1층형성단계 이후 또는 상기 제2층형성단계 이후에 열처리단계가 수행되는 경우에는 상기 열처리에 의하여 상기 제1층, 또는 제1층 및 제2층의 박막을 결정화시킬 수 있다.The heat treatment step may be performed after the first layer forming step or after the second layer forming step. When the heat treatment step is performed after the first layer formation step or after the second layer formation step, the thin film of the first layer or the first layer and the second layer may be crystallized by the heat treatment.

상기 복합박막형성과정은 상기 제1층형성단계 및 상기 제2층형성단계가 반복하여 이루어져 상기 교차증착복합박막이 상기 제1층과 제2층이 교대로 반복하여 형성되는 과정을 포함하는 것일 수 있다. 이렇게 형성된 교차증착복합박막은 이후 복합체열처리과정을 통해서 다공성복합체를 형성할 수 있으며, 이렇게 형성된 다공성 복합체는 다공성 전극으로 활용될 수 있다.The composite thin film formation process may include repeating the first layer formation step and the second layer formation step so that the cross-deposited composite thin film is formed by alternately repeating the first layer and the second layer. have. The cross-deposited composite thin film thus formed can be formed into a porous composite through a heat treatment process of the composite, and the porous composite thus formed can be used as a porous electrode.

상기 복합체열처리과정은 상기 교차증착복합박막을 열처리하여 다공성복합체를 형성하는 과정을 포함한다. 상기 복합체열처리과정에서 열처리는 산소분위기 하에서 300 내지 800 ℃로 이루어지는 것일 수 있다. 상기 온도범위에서 상기 복합체 열처리 과정이 이루어지는 경우에는 고온에서도 기공율 및 입자크기가 변화하지 않는 내구성이 높은 다공성 박막을 얻을 수 있다.The composite heat treatment process includes heat-treating the cross-deposited composite thin film to form a porous composite. In the composite heat treatment process, the heat treatment may be performed at 300 to 800 ° C under an oxygen atmosphere. When the composite heat treatment process is performed in the temperature range described above, a porous thin film having high porosity and particle size does not change even at a high temperature.

상기 다공성복합체의 제조방법에서 상기 복합체열처리과정은, 상기 제1층 또는 제2층에 포함된 금속 융점의 1/2 내지 3/4의 온도에서 이루어지는 것일 수 있다. 이러한 온도의 범위에서 상기 복합체열처리과정이 이루어지는 경우에는 고온에서도 기공율 및 입자크기가 변화하지 않는 내구성이 높은 다공성 박막을 얻을 수 있다.In the method for producing a porous composite, the composite heat treatment may be performed at a temperature of ½ to ¾ of the melting point of the metal included in the first layer or the second layer. When the composite heat treatment process is performed at such a temperature range, a highly durable porous thin film having no change in porosity and particle size even at a high temperature can be obtained.

상기 다공성복합체의 제조방법은 상기 복합체열처리과정 이후에 화학 에칭을 하는 에칭과정을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 다공성복합체의 제조방법이 상기 에칭과정을 더 포함하는 경우에는 상기 다공성복합체의 기공률을 증가시킬 수 있다.The method of manufacturing the porous composite may further include an etching process for performing chemical etching after the composite heat treatment process. If the method of preparing the porous composite further includes the etching process, the porosity of the porous composite may be increased.

상기 화학 에칭은 에칭용액에 상기 다공성복합체를 담구는 과정을 포함할 수 있다. 상기 에칭용액은 상기 다공성 복합체의 기공을 넓혀서 기공률을 증가시킬 수 있는 것이라면 적용할 수 있고, 바람직하게 상기 에칭 용액은 NH4OH 및 H2O2를 포함하는 것일 수 있다. The chemical etching may include a step of immersing the porous composite in an etching solution. The etching solution may be applied as long as it can increase the porosity by widening the pores of the porous composite. Preferably, the etching solution includes NH 4 OH and H 2 O 2 .

상기 에칭과정을 포함하여 상기 다공성복합체의 기공률을 조절할 수 있어서, 전극으로 적절하게 활용할 수 있는 기공률 및 물성을 가진 다공성복합체를 제조할 수 있다.The porosity of the porous composite body can be controlled by including the etching process, so that a porous composite body having porosity and physical properties suitable for use as an electrode can be manufactured.

본 발명의 다공성복합체의 제조방법은 손쉽게 다공성복합체를 제조할 수 있도록 하고, 제조된 다공성복합체의 두께나 종류의 변형이 용이하며, 기공률도 조절할 수 있다. 또한, 이러한 방법으로 제조한 다공성 박막은 전기화학변환장치의 전극으로 사용될 수 있으며, 기존에는 백금 외에는 다공성 박막의 형성이 곤란하였던것과는 달리, 다양한 산화물 및 금속 소재를 이용해서 전극의 소재로 적용될 수 있는 다공성 박막을 제공할 수 있다. 다시 말해, 진공 증착공정을 사용하여 두 가지 다른 물질을 교차 증착함으로써 단일층이 아닌 다층의 미세조직을 구현할 수 있고, 이를 산화하여 다공성복합체 전극을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.The method of producing porous composite of the present invention makes it possible to easily produce a porous composite, the thickness and kind of the porous composite produced are easily deformed, and porosity can be controlled. The porous thin film produced by this method can be used as an electrode of an electrochemical conversion apparatus. Unlike the conventional method in which a porous thin film other than platinum is difficult to form, the porous thin film can be applied as an electrode material using various oxides and metal materials A porous thin film can be provided. In other words, by cross-depositing two different materials using a vacuum deposition process, a multi-layered microstructure other than a single layer can be realized, and a method for manufacturing the porous composite electrode by oxidizing it can be provided.

상기 다공성복합체는 기존의 치밀한 박막 형태의 전극을 대체할 수 있는 것으로 두께, 기공률 및 소재의 조절이 용이하다.
The porous composite material can replace conventional dense thin film electrodes, which facilitates control of thickness, porosity and material.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 교차증착복합박막은 제1박막형성물질을 포함하는 제1층과 상기 제1층의 상면(上面)에 제2박막형성물질을 포함하는 제2층이 위치하는 단위가 반복하여 형성된다.The cross-deposited composite thin film according to another embodiment of the present invention includes a first layer including a first thin film forming material and a second layer including a second thin film forming material on an upper surface (upper surface) of the first layer Units are repeatedly formed.

상기 제1박막형성물질과 상기 제2박막형성물질은 서로 다른 물질일 수 있다. 여기서, 서로 다른 물질이라 함은, 서로 다른 소재로 이루어진 물질을 의미하고, 이들이 서로 완전하게 동일한 소재로 이루어지지 않은 경우를 의미하며, 일부 원소가 중복된다고 하더라도 전부 동일하지 않은 원소를 포함하는 경우는 서로 다른 물질에 해당한다. 상기 교차증착복합박막은 이후 열처리 등의 과정을 거쳐서 다공성복합체를 형성하고, 이러한 다공성 복합체는 전극으로 활용될 수 있다.The first thin film forming material and the second thin film forming material may be different materials. Here, the term " different materials " means materials made of different materials, and they are not completely made of the same material. Even if some elements overlap, It corresponds to different materials. The cross-deposited composite thin film is then subjected to heat treatment or the like to form a porous composite, and such porous composite may be utilized as an electrode.

상기 제1층은 산화물 및 금속의 동시증착물이고, 상기 제2층은 금속증착물인 것일 수 있다. 상기 산화물 및 상기 금속에 대한 설명은 상기 다공성복합체의 제조방법에 대한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.The first layer may be a co-deposition of an oxide and a metal, and the second layer may be a metal deposition. The description of the oxide and the metal overlaps with the description of the method of manufacturing the porous composite, so description thereof will be omitted.

상기 교차증착복합박막은 다공성 구조로 변환이 용이하고, 기존의 백금과 같은 귀금속류 외의 금속이나 금속산화물을 이용해서도 다공성 구조의 박막을 형성할 수 있어서, 귀금속 박막이 아닌 산화물 박막, 산화물-금속 복합박막의 제조가 가능하며, 제조된 박막은 이차전지, 연료전지, 그리고 슈퍼커패시터와 같은 전기화학변환장치의 전극으로 활용할 수 있다.The cross-deposited composite thin film can be easily converted into a porous structure, and a thin film of a porous structure can be formed using a metal or a metal oxide other than a conventional noble metal such as platinum. Thus, an oxide thin film, an oxide- The thin film can be used as an electrode of an electrochemical conversion device such as a secondary cell, a fuel cell, and a supercapacitor.

본 발명의 다공성복합체의 제조방법은 손쉽게 다공성복합체를 제조할 수 있도록 하고, 제조된 다공성복합체의 두께나 소재의 종류 변형이 용이하며, 기공률도 조절할 수 있다. 또한, 이러한 방법으로 제조한 다공성 박막은 전기화학변환장치의 전극으로 사용될 수 있으며, 기존에는 백금 외에는 다공성 박막의 형성이 곤란하였던 것과는 달리, 다양한 산화물 및 금속 소재를 이용해서 전극의 소재로 적용될 수 있는 다공성 박막을 제공할 수 있다. 다시 말해, 진공 증착공정을 사용하여 두 가지 다른 물질을 교차 증착함으로써 단일층이 아닌 다층의 미세조직을 구현할 수 있고, 이를 산화하여 다공성복합체를 제조할 수 있고, 이러한 다공성복합체는 기존의 치밀한 박막 형태의 전극을 대체할 수 있다.The porous composite material of the present invention can easily produce a porous composite material, and can easily change the thickness and material type of the produced porous composite material, and can adjust porosity. The porous thin film produced by this method can be used as an electrode of an electrochemical conversion apparatus. Unlike the conventional method in which a porous thin film other than platinum is difficult to form, the porous thin film can be applied as an electrode material using various oxides and metal materials A porous thin film can be provided. In other words, by cross-deposition of two different materials using a vacuum deposition process, a multi-layered microstructure can be realized instead of a single layer, and the porous composite can be produced by oxidizing it. Such a porous composite can be formed into a dense thin film Can be substituted for the electrode of FIG.

이러한 다공성 박막은 이차전지, 연료전지, 그리고 수퍼커패시터를 포함하는 전기화학변환 장치의 전극으로 활용될 수 있으며, 기존의 전극의 치밀한 미세조직을 다공성 미세조직으로 대체함으로써 기존의 성능에 비해 전기화학변환 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.Such a porous thin film can be utilized as an electrode of an electrochemical conversion device including a secondary cell, a fuel cell, and a supercapacitor. By replacing the dense microstructure of a conventional electrode with a porous microstructure, electrochemical conversion The performance of the apparatus can be improved.

도 1은 기판 위에 산화물 및 금속 동시증착, 그리고 금속 증착을 교차하여 시행한 박막의 모식도이다.
도 2는 교차 증착한 박막을 열처리 시행한 후의 모식도이다.
도 3은 기판 위에 산화물 및 금속 동시증착, 그리고 금속 증착(이때 사용한 산화물은 SSC, 금속은 Ag)을 교차하여 시행한 박막을 열처리 한 후의 실제 미세조직의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 4는 도 3의 미세조직을 화학 에칭한 후의 실제 미세조직의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 5는 비교예 1에 의하여 형성된 박막의 단면을 관찰한 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 비교예 2에 의하여 형성된 박막의 단면을 관찰한 주사전자현미경 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a thin film formed by co-deposition of oxide and metal on a substrate and metal deposition.
Fig. 2 is a schematic view of a thin film obtained by cross-deposition after heat treatment.
FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of actual microstructure after heat treatment of a thin film formed by co-deposition of oxide and metal on the substrate and metal deposition (SSC, metal Ag).
FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of actual microstructure after chemical etching of the microstructure of FIG. 3; FIG.
5 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross section of a thin film formed according to Comparative Example 1. FIG.
6 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross section of a thin film formed according to Comparative Example 2. FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification.

실시예Example 1 One

다공성 박막을 제작하기 위하여 산화물은 SSC(스트론튬 사마리윰 코발트 산화물, Sm0 .5Sr0 .5CoO3), 그리고 금속은 Ag를 선택하여 다공성 박막을 제작하였다.Porous thin films were prepared by selecting SSC (strontium samarium cobalt oxide, Sm 0 .5 Sr 0 .5 CoO 3 ) as the oxide and Ag as the metal.

상기 다공성 박막은, 가돌리늄 세리움 산화물 (GDC, Ce0 .9Gd0 .1O2 , 두께 100nm), 이트리윰 지르코늄 산화물 (YSZ, Yttria-stabilized zirconia, 두께 100nm), 실리콘 산화물 (SiO2, 두께 1μm)을 역 순차적으로 치밀하게 증착한 실리콘 (Si substrate) 기판 위에 SSC-Ag 복합층과 Ag 층을 교차 증착한 후 열처리하여 제조하였다. 실시예 1의 박막은 연료전지의 양극용 전극으로 활용될 수 있다.The porous film is, three gadolinium oxide Solarium (.9 GDC, Ce 0 Gd 0 .1 O 2 -δ, thickness 100nm), the tree ium zirconium oxide (YSZ, Yttria-stabilized zirconia, the thickness 100nm), silicon oxide (SiO 2 and a thickness of 1 μm) were cross-deposited on the silicon substrate, and the SSC-Ag composite layer and the Ag layer were cross-deposited on the silicon substrate, followed by heat treatment. The thin film of Example 1 can be utilized as a positive electrode of a fuel cell.

도 1은 기판 위에 산화물 및 금속의 동시증착, 그리고 금속 증착을 교차하여 시행한 박막의 모식도이고, 도 2는 상기 도 1의 박막을 열처리한 이후의 모식도이다. 이하, 실시예 1의 각 공정을 도 1 및 도 2를 참고해서 자세히 설명한다.
FIG. 1 is a schematic view of a thin film formed by performing simultaneous vapor deposition of an oxide and a metal on a substrate and metal deposition, and FIG. 2 is a schematic view after the thin film of FIG. 1 is subjected to heat treatment. Hereinafter, each step of Example 1 will be described in detail with reference to Figs. 1 and 2. Fig.

1) 기판의 준비1) Preparation of substrate

Si 기판(11, 21) 위에 SiO2층(12, 22, 절연층)을 증착하였다. 상기 SiO2층(12, 절연층)의 상부에 RF 마그네트론 스퍼터링으로 YSZ 박막을 증착하였다. 상기 증착은 400℃에서 가스압력은 5 mTorr로 유지하고 미량의 산소를 주입하며 증착하였다. 상기 YSZ 박막층 위에 GDC 박막층을 증착하였고, 이 GDC 박막층의 형성은 상기 YSZ 박막의 박막 형성과 동일한 방법을 사용하였다. 상기 YSZ 박막층과 GDC 박막층은 이온전도성을 가진 전해질(13, 23)의 기능을 수행한다.SiO 2 layers (12, 22, insulating layer) were deposited on the Si substrates (11, 21). A YSZ thin film was deposited on the SiO 2 layer (12, insulation layer) by RF magnetron sputtering. The deposition was carried out at 400 DEG C while the gas pressure was maintained at 5 mTorr and a small amount of oxygen was implanted. A GDC thin film layer was deposited on the YSZ thin film layer. The GDC thin film layer was formed using the same method as the YSZ thin film formation. The YSZ thin film layer and the GDC thin film layer function as the electrolytes 13 and 23 having ionic conductivity.

이때, 상기 증착 공정은 초기 진공도를 5*10-6 Torr 이하로 유지한 후, 증착하고자 하는 물질 타겟 표면의 산화층 제거 및 불순물 유입 방지를 위해 순수한 아르곤 분위기에서 가스압력 5 mTorr, RF power 200W로 30분 동안 청소를 선행한 후에 이루어졌다.At this time, after the initial vacuum degree was maintained at 5 * 10 -6 Torr or less, the deposition process was performed under a gas pressure of 5 mTorr and RF power of 200 W in a pure argon atmosphere to remove oxide layers and impurities in the target surface Min for the first time.

상기 두 가지 박막층을 포함하는 전해질(13, 23) 층의 결정화를 위해, 별도의 열처리 공정이 이루어졌다. 상기 전해질(13, 23) 층의 결정화를 위한 열처리는, 산소 분위기를 사용 700℃에서 이루어졌고, 챔버 내에서 혹은 별도의 가열로 내에서도 가능하다.
In order to crystallize the electrolyte (13, 23) layer including the two thin film layers, a separate heat treatment process was performed. The heat treatment for crystallization of the electrolyte (13, 23) layer is performed at 700 DEG C using an oxygen atmosphere, and can be performed in a chamber or in a separate heating furnace.

2) 2) 교차증착복합박막의Cross-deposited composite thin film 형성 formation

다공성 전극을 증착하기 위해서, 상기 전해질층 상부에 SSC와 Ag를 동시 스퍼터링(Co-sputtering)하여 제1층(14, 동시증착층)을 형성하였다. 이때, SSC는 RF power 200W 조건으로 고정하였고, Ag는 DC power 20 내지 40 W 조건을 사용하였다. 이때, 챔버 압력은 5 mTorr를 유지하면서 미량의 산소를 흘려주였다. 이렇게 형성하는 SSC-Ag 복합 박막에서 Ag의 함량은 DC power의 크기에 의해 변화시킬 수 있는데 높은 출력을 사용할 경우에는 SSC-Ag 복합 박막 내의 Ag 함량을 증가시킬 수 있다. 상기 SSC-Ag 복합 박막 위에 Ag을 단독으로 5 mTorr, DC power 20W의 조건으로 증착시켜 제2층(15, 금속층)을 형성하였다.In order to deposit the porous electrode, SSC and Ag were co-sputtered on the electrolyte layer to form a first layer (co-deposited layer) 14. At this time, SSC was fixed at RF power of 200 W and Ag was used at 20 to 40 W of DC power. At this time, the chamber pressure was kept at 5 mTorr while flowing a small amount of oxygen. The Ag content in the SSC-Ag composite thin film can be changed by the DC power, and the Ag content in the SSC-Ag composite thin film can be increased by using a high power. The second layer (15, metal layer) was formed by depositing Ag on the SSC-Ag composite thin film under conditions of 5 mTorr and DC power of 20 W alone.

상기 증착시에, 소재 타겟의 표면 청소를 위해 스퍼터링의 초기 진공도는 5×10-6 Torr 이하로 유지하고, 순수한 아르곤 분위기에서 가스압력 5 mTorr, RF power 300W(SSC의 경우), DC power 40W(Ag의 경우)의 조건으로 각각 청소를 선행하여, 제1세척단계 및 제2세척단계를 수행하였다.During the deposition, the initial vacuum degree of the sputtering was maintained at 5 × 10 -6 Torr or lower for cleaning the surface of the workpiece target, and the gas pressure was 5 mTorr in a pure argon atmosphere, RF power 300 W (in the case of SSC), DC power 40 W Ag), the first cleaning step and the second cleaning step were performed.

상기 제1층 및 제2층을 형성하는 과정을 1 사이클로 하여서 총 10회의 교차 증착을 하여, 전극에 해당하는 박막층을 형성하였다.The process of forming the first layer and the second layer was performed for one cycle to perform cross-deposition 10 times in total, thereby forming a thin film layer corresponding to the electrode.

이렇게 형성된 박막층의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 3에 나타냈으며, 도 3에서 확인할 수 있듯이 다공성의 박막을 얻을 수 있다.
A scanning electron microscope (SEM) photograph of the thus formed thin film layer is shown in FIG. 3, and a porous thin film can be obtained as shown in FIG.

3) 복합체열처리과정3) Complex heat treatment process

이렇게 형성된 교차증착복합박막을 산소분위기로 700 ℃로 가열하여 열처리를 하여, 복합체열처리과정을 수행하였다. 상기 도 2를 참고하면, 상기 제1층 및 제2층이 교차로 증착되어 있는 전극에 해당하는 박막층이 기공(24), 산화물(25) 및 금속(26)을 포함하는 구조의 박막층으로 변형되었고, 결정화 현상도 일어났다.The composite thin film thus formed was heated to 700 ° C. in an oxygen atmosphere, and heat treatment was performed to perform a composite heat treatment process. 2, a thin film layer corresponding to an electrode on which the first layer and the second layer are alternately deposited is transformed into a thin film layer having a structure including pores 24, an oxide 25 and a metal 26, Crystallization also occurred.

상기 기공(24), 산화물(25) 및 금속(26)이 혼합된 구조를 가지는 박막의 기공률을 증가시키기 위한 방편으로, 에칭 과정을 수행하였다. 상기 에칭 과정은 화학 에칭의 방법이 적용되었고, NH4OH와 H202가 부피비로 1 : 1 혼합된 용액인 에칭 용액에 상기 교차증착복합박막을 열처리하여 형성한 다공성복합체를 담구어 Ag를 용출시켜 제거하였다.An etching process was performed in order to increase the porosity of the thin film having the structure in which the pores 24, the oxide 25 and the metal 26 were mixed. The etching process was a chemical etching method, and the porous composite formed by heat-treating the cross-deposited composite thin film was etched in an etching solution in which NH 4 OH and H 2 O 2 were mixed in a volume ratio of 1: 1, And then eluted.

상기 과정을 거진 다공성복합체의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 4에 나타내었다. 상기 도 4를 참조하면, 열처리와 에칭에 의해 기공율이 향상되었다는 것을 확인할 수 있었다.
A scanning electron microscope (SEM) photograph of the porous composite thus prepared is shown in FIG. Referring to FIG. 4, it was confirmed that the porosity was improved by the heat treatment and the etching.

실시예Example 2 2

다공성 박막을 제작하기 위하여 산화물은 LCO(Lithium Cobalt Oxide, LiCoO2), 그리고 금속은 Ag를 선택하여 다공성 박막을 제작하였다.Oxide LCO (Lithium Cobalt Oxide, LiCoO 2) in order to produce a porous film, and the metal is to prepare a porous thin film by selecting the Ag.

상기 다공성 박막은 백금 (Pt, 두께 1,000 nm), 실리콘 산화물 (SiO2, 두께 1μm)을 역 순차적으로 치밀하게 증착한 산화알루미늄 (AO, Al2O3 substrate) 기판위에 LCO-Ag 복합층과 Ag 층을 교차 증착한 후 열처리하여 제조하였다. 실시예 2의 박막은 이차전지의 양극용 전극으로 활용할 수 있다.The porous thin film was formed by laminating an LCO-Ag composite layer and Ag (Al) on a substrate of aluminum oxide (AO, Al 2 O 3 substrate) platinum (Pt, thickness 1,000 nm) and silicon oxide (SiO 2 , Layer was cross - deposited and then heat - treated. The thin film of Example 2 can be utilized as a positive electrode of a secondary battery.

도 1은 기판 위에 산화물 및 금속의 동시증착 및 금속 증착을 교차하여 시행한 박막의 모식도이고, 도 2는 상기 도 1의 박막을 열처리한 이후의 모식도이다. 이하, 실시예 1의 각 공정을 도 1 및 도 2를 참고해서 자세히 설명한다.
FIG. 1 is a schematic view of a thin film formed by performing simultaneous deposition of an oxide and a metal on a substrate and metal deposition, and FIG. 2 is a schematic view after the thin film of FIG. 1 is subjected to heat treatment. Hereinafter, each step of Example 1 will be described in detail with reference to Figs. 1 and 2. Fig.

1) 기판의 준비1) Preparation of substrate

AO 기판(11, 12) 위에 SiO2층(12, 22, 절연층)을 증착하였다. 상기 SiO2층(12, 절연층)의 상부에 Pt 박막(13, 23, 집전층)을 DC 스퍼터링으로 증착하였다. DC 스퍼터링은 400℃에서 가스압력은 5 mTorr로 유지하여 이루어졌다. 증착된 Pt 박막(13, 23, 집전층)은 이차전지 산화물 양극의 집전층 기능을 수행한다.SiO 2 layers (12, 22, insulating layer) were deposited on the AO substrates (11, 12). Pt thin films (13, 23, current collecting layer) were deposited on the SiO 2 layer (12, insulating layer) by DC sputtering. DC sputtering was carried out by maintaining the gas pressure at 400 캜 and 5 mTorr. The deposited Pt thin films (13, 23, current collecting layer) function as a current collector layer of the secondary battery oxide anode.

이때, 증착 공정은 초기 진공도를 5*10-6 Torr 이하로 유지한 후, 증착하고자 하는 물질 타겟 표면의 산화층 제거 및 불순물 유입 방지를 위해 순수한 아르곤 분위기에서 가스압력 5 mTorr, DC power 200W로 30분 동안 청소를 선행한 후에 이루어졌다.At this time, the initial vacuum degree was kept at 5 * 10 -6 Torr or less, and then, in order to remove the oxide layer on the target surface of the material to be deposited and prevent impurities from entering, a gas pressure of 5 mTorr in a pure argon atmosphere, It was done after a while before cleaning.

증착된 Pt 박막(13, 23, 집전층)은 결정화를 위해 별도의 열처리 공정이 수행될 수 있고, 열처리는 산소 분위기를 사용 700℃에서 이루어졌다. 상기 열처리는 챔버 내에서 혹은 별도의 가열로 내에서 이루어질 수 있다.
The deposited Pt thin films (13, 23, current collecting layer) can be subjected to a separate heat treatment process for crystallization, and the heat treatment is performed at 700 ° C. using an oxygen atmosphere. The heat treatment may be performed in the chamber or in a separate heating furnace.

2) 2) 교차증착복합박막의Cross-deposited composite thin film 형성 formation

다공성 전극을 증착하기 위하여, 상기 집전층(13, 23) 상부에 LCO와 Ag를 동시 스퍼터링(Co-sputtering)하여 제1층(14. 동시증착층)을 형성하였다. 이때, LCO는 RF power 200W 조건으로 고정하고 Ag는 DC power 20 내지 40 W 조건을 사용하였다. 이때, 챔버 압력은 5 mTorr를 유지하면서 산소를 미량 흘려주었다. 이렇게 형성하는 LCO-Ag 복합 박막에서 Ag의 함량은 DC power의 크기에 의해 변화시킬 수 있는데 높은 출력을 사용하는 경우 LCO-Ag 복합 박막내의 Ag 함량은 증가시킬 수 있다. 상기 LCO-Ag 복합 박막 위에 Ag 단독으로 5 mTorr, DC power 20W의 조건으로 증착시켜 제2층(15, 금속층)을 형성하였다.In order to deposit the porous electrode, a first layer (co-deposited layer) was formed by co-sputtering LCO and Ag on the current collecting layers 13 and 23. At this time, the LCO was fixed to RF power of 200 W and the DC power of 20 to 40 W was used. At this time, the chamber pressure was kept at 5 mTorr and a small amount of oxygen was supplied. The Ag content in the LCO-Ag composite thin film can be changed by the DC power, and the Ag content in the LCO-Ag composite thin film can be increased by using a high power. The second layer (15, metal layer) was formed on the LCO-Ag composite thin film under the conditions of 5 mTorr and DC power of 20 W alone.

상기 증착시에 소재 타겟의 표면 청소를 위해 스퍼터링의 초기 진공도는 5*10-6 Torr 이하로 유지하고, 순수한 아르곤 분위기에서 가스압력 5 mTorr, RF power 300W(LCO의 경우), DC power 40W(Ag의 경우)의 조건으로 각각 청소를 선행하여, 제1세척단계 및 제2세척단계를 수행하였다.The initial vacuum degree of the sputtering was maintained at 5 * 10 -6 Torr or less in order to clean the surface of the target material during the deposition, and the gas pressure was 5 mTorr, RF power 300 W (in the case of LCO), DC power 40 W , The first cleaning step and the second cleaning step were performed, respectively.

상기 제1층 및 제2층을 형성하는 과정을 1 사이클로 하여서 총 10회의 교차 증착을 하여, 전극에 해당하는 박막층을 형성하였다.
The process of forming the first layer and the second layer was performed for one cycle to perform cross-deposition 10 times in total, thereby forming a thin film layer corresponding to the electrode.

3) 복합체열처리과정3) Complex heat treatment process

이렇게 형성된 교차증착복합박막을 산소분위기로 700 ℃로 가열하여 열처리를 하여, 복합체열처리과정을 수행하였다. 상기 도 2를 참고하면, 상기 제1층 및 제2층이 교차로 증착되어 있는 전극에 해당하는 박막층이 기공(24), 산화물(25) 및 금속(26)을 포함하는 구조의 박막층으로 변형되었고, 결정화 현상도 일어났다.The composite thin film thus formed was heated to 700 ° C. in an oxygen atmosphere, and heat treatment was performed to perform a composite heat treatment process. 2, a thin film layer corresponding to an electrode on which the first layer and the second layer are alternately deposited is transformed into a thin film layer having a structure including pores 24, an oxide 25 and a metal 26, Crystallization also occurred.

상기 기공(24), 산화물(25) 및 금속(26)이 혼합된 구조를 가지는 박막의 기공률을 증가시키기 위한 방편으로, 에칭 과정을 더 수행하였다. 상기 에칭 과정은 화학 에칭의 방법이 적용되었고, NH4OH와 H202가 부피비로 1 : 1 혼합된 용액인 에칭 용액에 상기 교차증착복합박막을 열처리하여 형성한 다공성복합체를 담구어 Ag를 용출시켜 제거하였다. 이렇게 형성된 다공성복합체는 이차전지의 양극용 전극으로 활용할 수 있다.
The etching process was further performed to increase the porosity of the thin film having the structure in which the pores 24, the oxide 25 and the metal 26 were mixed. The etching process was a chemical etching method, and the porous composite formed by heat-treating the cross-deposited composite thin film was etched in an etching solution in which NH 4 OH and H 2 O 2 were mixed in a volume ratio of 1: 1, And then eluted. The porous composite thus formed can be utilized as a positive electrode of a secondary battery.

비교예Comparative Example 1 One

기판 상에, 상기 실시예와 달리, SSC와 Ag를 동시증착하는 과정으로 박막을 형성하였다. 상기 동시증착에서, SSC는 RF power 200W, Ag는 DC power 40W의 조건에서 이루어졌으며, 그 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰하였다. 상기 비교예 1의 박막 단면을 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 그 단면의 미세구조를 도 5에 나타냈다. 상기 도 5를 참조하면, 교차증착이 아닌 동시증착으로 형성된 비교예 1의 박막의 단면은, 컬럼(column) 형태가 치밀하게 성장하여 기공율이 없는 박막이 형성되었다는 점을 확인할 수 있었다.
Unlike the above embodiment, a thin film was formed on the substrate by simultaneously depositing SSC and Ag. In the simultaneous deposition, SSC was performed under the condition of RF power of 200 W and Ag at DC power of 40 W, and the microstructure thereof was observed with a scanning electron microscope. The thin film section of Comparative Example 1 was observed with a scanning electron microscope, and the microstructure of the section was shown in Fig. Referring to FIG. 5, it was confirmed that the cross-section of the thin film of Comparative Example 1 formed by co-deposition rather than cross-deposition was a thin film having a porosity that was grown in a column shape.

비교예Comparative Example 2 2

기판 상에, Pt만을 증착하여 다공성의 형태로 제조하여 비교예 2의 박막을 제조하였다. 상기 증착은 DC power 100W의 조건에서 이루어졌으며, 그 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰하였다. 상기 비교예 2의 박막의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 도 6에 나타냈다. 상기 도 6를 참조하면, Pt만을 증착한 후에 다공성으로 구조를 형성한 비교예 2의 박막은 단층의 다공 미세 조직이 형성되었다는 점을 확인할 수 있었으며, 이는 실시예 1 및 2에서 내부까지 다공성 구조를 가지는 박막이 제조된 것과 대조적인 구조로 판단된다.On the substrate, only Pt was deposited to produce a porous form, and a thin film of Comparative Example 2 was prepared. The deposition was carried out at a DC power of 100 W and the microstructure was observed with a scanning electron microscope. The cross section of the thin film of Comparative Example 2 was observed with a scanning electron microscope, and the result is shown in Fig. Referring to FIG. 6, it can be seen that the thin film of Comparative Example 2 having a porous structure after Pt alone was formed with a single-layer porous microstructure. In Examples 1 and 2, It is judged that the structure is in contrast to that of the thin film.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

11: 기판 12: 절연층
13: 전해질 혹은 집전층 14: 동시증착층
15: 금속증착층 21: 기판
22: 절연층 23: 전해질 혹은 집전층
24: 기공 25: 산화물
26: 금속
11: substrate 12: insulating layer
13: electrolyte or current collector layer 14: co-deposition layer
15: metal deposition layer 21: substrate
22: Insulating layer 23: Electrolyte or current collecting layer
24: pore 25: oxide
26: Metal

Claims (14)

제1박막형성물질을 포함하는 제1층과 제2박막형성물질을 포함하는 제2층이 교대로 증착된 교차증착복합박막을 형성하는 복합박막형성과정, 그리고
상기 교차증착복합박막을 열처리하여 다공성복합체를 형성하는 복합체열처리과정
을 포함하는 다공성복합체박막의 제조방법.
A composite thin film forming process in which a first layer including a first thin film forming material and a second layer including a second thin film forming material are alternately deposited to form a cross-deposited composite thin film, and
A composite heat treatment process in which the cross-deposited composite thin film is heat-treated to form a porous composite
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 복합박막형성과정은
제1박막형성물질로 지지체의 일면(一面)에 제1층을 형성하는 제1층형성단계, 그리고
상기 제1박막형성물질과 다른 제2박막형성물질로 상기 제1층의 상면(上面)에 제2층을 형성하는 제2층형성단계
를 포함하는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
The method according to claim 1,
The composite thin film forming process
A first layer forming step of forming a first layer on one surface of a support with a first thin film forming material, and
Forming a second layer on the upper surface (upper surface) of the first layer with a second thin film forming material different from the first thin film forming material
≪ / RTI >
제2항에 있어서,
상기 복합박막형성과정은 상기 제1층형성단계 및 상기 제2층형성단계가 반복하여 이루어져 상기 교차증착복합박막이 상기 제1층과 제2층이 교대로 반복하여 형성되는 과정을 포함하는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the composite thin film formation process includes repeating the first layer formation step and the second layer formation step so that the cross-deposited composite thin film is formed by alternately repeating the first layer and the second layer. A method for producing a porous composite thin film.
제2항에 있어서,
상기 제1층형성단계 이후 또는 상기 제2층형성단계 이후에 열처리단계가 수행되는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the heat treatment step is performed after the first layer forming step or after the second layer forming step.
제1항에 있어서,
상기 다공성복합체의 제조방법은 상기 복합체열처리과정 이후에 화학 에칭을 하는 에칭과정을 더 포함하는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the porous composite body further comprises an etching step of performing chemical etching after the heat treatment of the composite body.
제1항에 있어서,
상기 화학 에칭은 에칭용액에 상기 다공성복합체를 담구는 과정을 포함하고, 상기 에칭용액은 NH4OH 및 H2O2를 포함하는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the chemical etching comprises immersing the porous composite in an etching solution, wherein the etching solution comprises NH 4 OH and H 2 O 2 .
제2항에 있어서,
상기 제1층, 제2층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 박막의 형성은 RF 스퍼터링 방법(RF sputtering), DC 스퍼터링 방법(DC sputtering), 또는 펄스 레이저 증착 방법(Pulsed Laser Deposition)을 포함하여 이루어지는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The formation of the thin film selected from the first layer, the second layer and the combination thereof may be performed by an RF sputtering method, a DC sputtering method, or a Pulsed Laser Deposition method Wherein the porous composite thin film is formed by a method comprising the steps of:
제1항에 있어서,
상기 복합체열처리과정에서 열처리는 산소분위기 하에서 300 내지 800 ℃로 이루어지는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment in the composite heat treatment process is performed at 300 to 800 DEG C under oxygen atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 제1박막형성물질은 산화물 및 제1금속을 포함하고,
상기 제2박막형성물질은 제2금속을 포함하는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first thin film forming material comprises an oxide and a first metal,
Wherein the second thin film forming material comprises a second metal.
제9항에 있어서,
상기 제1박막형성물질에 포함되는 제1금속과 상기 제2박막형성물질에 포함되는 제2금속은 동일한 금속이고,
상기 제1박막은, 상기 산화물 및 제1금속을 포함하는 제1박막형성물질을 동시증착하여 형성되는 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The first metal included in the first thin film forming material and the second metal included in the second thin film forming material are the same metal,
Wherein the first thin film is formed by simultaneously depositing a first thin film forming material including the oxide and the first metal.
제10항에 있어서,
상기 제1금속 및 제2금속은 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 리튬(Li), 코발트(Co), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe), 란탄(La), 및 사마리움(Sm)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속인 것인 다공성복합체박막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The first and second metals may be selected from the group consisting of Ag, Au, Al, Sn, Li, Co, Mn, Ni, Is one selected from the group consisting of iron (Fe), lanthanum (La), and samarium (Sm).
제1박막형성물질을 포함하는 제1층과 상기 제1층의 상면(上面)에 제2박막형성물질을 포함하는 제2층이 위치하는 단위가 반복하여 형성된 교차증착복합박막을 포함하는 다공성복합체 형성용 교차증착복합박막.And a second layer including a first thin film forming material and a second layer including a second thin film forming material on an upper surface (upper surface) of the first layer are repeatedly formed, Composite Thin Film for Cross - Deposition Forming. 제12항에 있어서,
상기 제1층은 산화물 및 금속의 동시증착물이고, 상기 제2층은 금속의 증착물인 것인 다공성복합체 형성용 교차증착복합박막.
13. The method of claim 12,
Wherein the first layer is a co-deposition of an oxide and a metal, and the second layer is a deposition of a metal.
제12항에 의한 교차증착복합박막을 열처리하여 제조하는 다공성 박막으로, 다공성 박막의 표면 및 내부에 부정형의 다공성 기공이 균일하게 분포하고 있고,
상기 다공성 박막은 평균 기공의 크기가 0.01 내지 0.2 미크론이고, 비표면적이 2.5 내지 50 m2/g이며, 박막의 두께가 0.1 내지 30 미크론인 것인 다공성박막.
A porous thin film produced by heat-treating a cross-deposited composite thin film according to claim 12, wherein irregular porous pores are uniformly distributed on the surface and inside of the porous thin film,
Wherein the porous thin film has an average pore size of 0.01 to 0.2 microns, a specific surface area of 2.5 to 50 m 2 / g, and a thickness of 0.1 to 30 microns.
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