KR20150000137A - 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 음극 지지체의 특성 측정방법 - Google Patents

고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 음극 지지체의 특성 측정방법 Download PDF

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이승복
송락현
박석주
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Abstract

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 기계적 및 전기적 특성 측정방법은, 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공을 포함하는 음극지지체를 포함하되, 상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공은 서로 인접되게 구성하고, 상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공의 연속성을 측정하여 음극 지지체의 전기 전도도 및 기계적인 강도를 정량화할 수 있다.

Description

고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 음극 지지체의 특성 측정방법{ANODE SUPPORT COMPOSITION FOR SOLID OXIDE FUEL CELL, ANODE SUPPORT PREPARED THEREWITH, SOLID OXIDE FUEL CELL COMPRISING THE SAME AND PROPERTY PREDICTING METHOD OF ANODE SUBSTRATE}
본 발명은 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 음극 지지체의 특성 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 기공도, 전기 전도도 및 기계적 강도를 나타낼 수 있는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 음극 지지체의 특성 측정방법에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC)는 화학적 연료, 예컨대 수소 및 천연 가스를 전기화학적으로 전기로 전환할 수 있는 에너지 변환 장치이다. SOFC는 높은 효율, 연료 유연성 및 환경친화성에 의해 차세대 에너지 공급원으로 많은 관심을 받고 있다.
SOFC는 고체상의 세라믹을 전해질로 사용하여 600∼1000℃의 고온에서 연료(H2, CO)와 공기(산소)의 전기화학반응에 의해 전기를 생산하는 연료전지로서, 현존하는 발전 기술 중 발전 효율이 가장 높고 경제성이 우수한 장점이 있다.
SOFC는 전해질과 전극이 고체 상태이기 때문에 평판형이나 원통형 등 여러 가지 형태의 셀(cell)로 제조가 가능하고, 연료전지의 지지체(support)에 따라서 연료극 지지체식과 공기극 지지체식 및 전해질 지지체식으로 분류된다.
일반적으로 SOFC의 연료극 지지체는 지르코니아계 세라믹, 기공형성제, 바인더, 가소제, 윤활유 및 증류수를 혼합하여 페이스트를 제조한 후, 이를 이용하여 원통형의 다공성 연료극 지지체로 압출하고 열처리 및 가소결 공정을 수행하여 제조된다.
한국등록특허 제1075913호에서는 0.1∼1㎛의 입자 크기를 갖는 산화니켈(NiO)과 안정화 지르코니아(YSZ) 분말을 이용하여 음극 지지형 고체산화물 연료전지용 음극재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 산화니켈 분말과 안정화 지르코니아 분말에 유기결합제 및 분산제와 함께 입자 크기가 1∼20㎛인 녹말을 5∼30vol% 첨가하여 물 또는 알콜로 혼합한 후 분무건조에 의해 과립화하는 공정과, 상기 공정에서 제조된 과립들을 금형에 넣어 300㎏/㎠ 이하의 압력으로 성형하는 공정을 포함함을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극재의 제조방법을 개시하고 있다.
상술한 SOFC가 고출력화가 가능하며, 높은 기동속도 및 열사이클 저항성을 나타내기 위해서는 다공성 연료극 지지체가 균일하게 분산되고 균일한 크기를 갖는 기공, 전기 전도도 및 기계적 강도를 나타낼 것이 요구된다.
이에 본 발명자들은 우수한 성능을 나타내는 SOFC를 개발하기 위하여 YSZ와 NiO의 연속성(contiguity)에 따른 음극 지지체의 기계적인 강도와 전기 전도도 사이의 관계에 대하여 예의 연구를 거듭하였고, 그 결과 음극 지지체를 구성하는 물질들의 연속성을 정량화하고, 이후, 음극 지지체를 구성하는 물질과 기계적 및 전기적 특성을 예측할 수 있는 정량적인 미세 분석을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 균일하게 분산되고 균일한 크기를 갖는 기공, 우수한 전기 전도도 및 기계적 강도를 나타낼 수 있는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 음극 지지체의 특성 측정방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물은, 니켈 옥사이드(NiO); 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ); 및 기공형성제인 PMMA(Poly-methyl methacrylate) 분말을 포함할 수 있다.
상기 PMMA 분말은 10 wt%일 수 있다.
상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 PMMA는 용매 상에서 볼 밀(ball mill)하여 형성될 수 있다.
상기 용매는 에탄올일 수 있다.
상기 PMMA는 균일한 크기(size)의 PMMA일 수 있다.
상기 PMMA은 5 ㎛로 균일한 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법은, 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공형성제인 PMMA(Poly-methyl methacrylate)을 준비하는 단계; 상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 PMMA를 용매 하에서 볼 밀(ball mill)하는 단계; 상기 볼 밀을 수행한 후 건조 및 체질(sieve)하여 음극 지지체 분말을 형성하는 단계; 상기 음극 지지체 분말을 일축 방향으로 가압하여 음극 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 음극 지지체를 소결 및 환원하여 NiO-YSZ 지지체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 용매는 에탄올일 수 있다.
상기 볼 밀은 24 시간 동안 에탄올의 존재하에서 수행될 수 있다.
상기 PMMA는 균일한 크기의 PMMA를 사용할 수 있다.
상기 음극 지지체 분말을 일축 방향으로 가압하여 음극 지지체를 형성하는 단계는 상기 음극 지지체 분말을 250MPa로 가압하여 형성할 수 있다.
상기 음극 지지체를 소결 및 환원하여 NiO-YSZ 지지체를 형성하는 단계는 상기 음극 지지체를 1400℃에서 소결하는 것일 수 있다.
상기 음극 지지체를 소결 및 환원하여 NiO-YSZ 지지체를 형성하는 단계는 700℃에서 14 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.
상기 PMMA는 5 ㎛로 균일한 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 기계적 및 전기적 특성 측정방법은, 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공을 포함하는 음극지지체를 포함하되, 상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공은 서로 인접되게 구성하고, 상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공의 연속성을 측정하여 음극 지지체의 전기 전도도 및 기계적인 강도를 정량화할 수 있다.
상기 연속성은 하기의 수식을 이용하여 측정할 수 있다.
<수식>
Figure pat00001
여기서,Cα는 2 상의 혼합물에서 α 상의 접촉의 정도를 나타내는 연속성이고, NL은 단위 길이당 접촉점의 수이며, SV는 단위 부피당 계면 면적이고, α, β, γ는 각각 NiO, YSZ, 기공을 의미한다.
상기 기계적인 강도는 하기의 수식을 이용하여 측정할 수 있다.
<수식>
σ = σ0exp(-bp)
여기서, σ는 강도(strength)이고, p는 공극률이며, b는 기공 구조와 관련된 지수 계수이다.
또한, 본 발명은 상기한 제조방법에 따라 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체를 포함할 수 있다.
본 발명은 균일하게 분산되고 균일한 크기를 갖는 기공, 우수한 전기 전도도 및 기계적 강도를 나타낼 수 있는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 음극 지지체의 특성 측정방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 시험예에서 PMMA의 함량에 따른 NiO-YSZ 합성물의 미세 현미경사진으로, PMMA가 (a) 6.1%, (2) 21.1%, (3) 21.8%, (d) 26.1% 포함된 미세 현미경사진이다.
도 2는 본 발명의 시험예에서 수은 세공측정법(Mercury Porosimetry)에 의해 측정된 NiO-YSZ의 기공 크기 분포를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 시험예에서 온도와 전도도 사이의 관계를 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 시험예에서 NiO의 연속성과 전기전도도 관계를 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 시험예에서 시험편의 균열 강도에 따른 Weibull 플롯을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 시험예에서 YSZ의 연속성과 특성 강도의 관계를 보여주기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 상기 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 시험예에서 PMMA의 함량에 따른 NiO-YSZ 합성물의 미세 현미경사진으로, PMMA가 (a) 6.1%, (2) 21.1%, (3) 21.8%, (d) 26.1% 포함된 미세 현미경사진이고, 도 2는 본 발명의 시험예에서 수은 세공측정법(Mercury Porosimetry)에 의해 측정된 NiO-YSZ의 기공 크기 분포를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 시험예에서 온도와 전도도 사이의 관계를 보여주기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 시험예에서 NiO의 연속성과 전기전도도 관계를 보여주기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 시험예에서 시험편의 균열 강도에 따른 Weibull 플롯을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 시험예에서 YSZ의 연속성과 특성 강도의 관계를 보여주기 위한 도면이다.
(1) 음극 지지체의 제조
먼저, NiO-YSZ 음극 지지체를 제조하기 위하여 니켈 산화물, 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia), 10 wt% PMMA(Poly-methyl methacrylate)를 사용한다. 상기 PMMA는 하기 <표 1>에 기재된 바와 같이, 서로 다른 입자 크기의 조합(1-모델, 2-모델, 3-모델)을 사용하며, 상기 PMMA는 기공의 크기를 조절하기 위하여 사용된다.
상기 NiO-YSZ 음극 지지체를 구성하는 물질 중, 상기 YSZ는 우수한 이온 전도체를 구성하고 고온 기계적 안정성을 가지고, 상기 Ni는 우수한 전기 전도체 및 촉매로 사용되기 때문에, SOFC 음극에 널리 적용된다. YSZ 구조는 충분한 다공성을 유지하고, 고온에서의 작동시 기계적 안정성을 유지한다.
또한, 본 발명에서는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체를 제조하기 위해 기공형성제로서 PMMA를 사용한다. 상기 PMMA는 NiO, YSZ에 비해 비중이 많이 낮기 때문에 고체산화물 연료전지용 음극 지지체를 제조시 적절한 혼합 및 분산이 이루어지지 않으면 PMMA의 응집 및 층분리 등이 일어날 수 있다. 따라서 본 발명에서는 NiO, YSZ 및 PMMA를 미리 에탄올에서 볼 밀을 통해 분말화하여 고체산화물 연료전지용 음극 지지체를 제조한다.
상기 니켈 산화물, 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia), 10 wt% PMMA(Poly-methyl methacrylate)를 출발 물질로 하고, 상기 출발물질을 24 시간 동안 에탄올에서 볼 밀(ball mill)한 후 건조한다. 이어서, 상기 볼 밀 및 건조한 출발 물질로 음극 지지체 분말을 제조하기 위하여 체질하였다.
다음, 직사각형 모양으로 음극 지지체를 형성하기 위하여 상기 음극 지지체 분말을 단축 방향으로 250MPa의 압력으로 압축하고, 콤팩트한 NiO-YSZ 지지체를 제조한다.
그 다음, 상기 NiO-YSZ 지지체를 1400℃의 온도에서 5 시간 동안 소결한다. 이어서, 전기 전도도 특성을 파악하기 위한 시험편을 준비하기 위해 700℃의 온도에서 14 시간 동안 수소 분위기하에서 환원한다.
상술한 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법에 따라 제조된 음극 지지체는 균일하게 분산되고 균일한 크기를 갖는 기공, 우수한 전기 전도도 및 기계적 강도를 보이고, 이를 이용하여 제조된 고체산화물 연료전지는 고출력화가 가능하고 기동 속도 및 열 사이클 저항성이 증가될 수 있다.
샘플 코드 및 PMMA 사이즈
샘플 코드 PMMA 사이즈(㎛)
S-1 -
S-2 5
S-3 7; 10; 12
S-4 1.5; 2.5; 3.0; 4
(2) 데이터 수집
다수의 측정 기술이 음극 지지체의 특성을 파악하기 위하여 이용되었다. 상기 음극 지지체의 전기 전도도는 감압 분위기 하에서 4-프로브 DC 기술로 측정되었다. 전류가 공급되었고, 상기 프로브에 발생하는 전압 강하는 디지털 소스 미터(source-meter)(Keithley 2400, USA)로 측정되었다. 시험편의 휨 강도는 3점 굽힘 시험 방법(3-point bending test method)(Instron, USA)으로 측정되었고, 음극 지지체의 다공성 및 기공 크기 분포는 수은 세공측정법을 사용하여 측정하였다.
(3) 미세구조의 정량화
이미지 프로(Image-Pro)(Media Cybernetics, USA) 소프트웨어를 사용하여 음극 지지체의 공극률은 기공 분율의 측면에서 측정되었다. 그 후, 음극 지지체에 있어서 NiO, YSZ 및 기공의 연속성을 정량화하기 위하여 라인 절편(line-intercept)d의 방법이 사용되었다. 분석의 신뢰도 향상을 위하여 0.2㎛의 선 간격을 가지는 150개의 독립적인 병렬 라인을 생성하였고, 두 개의 상(σ,β)으로 구성된 물질에서 동일한 상들 사이의 연속성을 계산하기 위하여 하기의 <수식 1>을 사용하였다.
<수식 1>
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, NL은 단위 길이당 접촉점의 수이고, SV는 단위 부피당 계면 면적이며, Cα는 2 상의 혼합물에서 α 상의 접촉의 정도를 나타내는 연속성이다.
상기 <수식 1>을 수정하면 다음과 같은 <수식 2>를 얻을 수 있다.
<수식 2>
Figure pat00005
여기서, α, β, γ는 각각 NiO, YSZ, 기공을 의미하고, 상기 <수식 2>를 이용하여 NiO-YSZ 음극 지지체를 구성하는 물질의 연속성을 계산한다.
(4) 미세구조의 평가
SEM으로 미세구조를 관찰하기에 앞서 소결된 시험편의 단면을 열 에칭하였다. 이러한 열 에칭 방법에 의해, 도 1에 도시된 바와 같이 음극 지지체를 구성하는 YSZ, NiO, 기공의 경계면을 명확히 구별할 수 있었다. 도 1을 참조하면, 밝은 면은 YSZ이고, 회색면은 NiO이며, 검은 부분은 기공을 나타낸다.
서로 다른 함량의 PMMA를 첨가하여 NiO-YSZ 음극 지지체를 제조한 후 NiO-YSZ 음극 지지체의 기공의 크기 분포를 나타내는 그래프는 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2를 참조하면, PMMA의 추가로 음극 지지체에 있어서 기공의 크기 및 기공 분포와 같은 기공의 특성이 변경되었음을 알 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 NiO-YSZ 음극 지지체의 기공의 크기 분포 및 기공도는 첨가된 PMMA와 연관되어 있음을 명확히 알 수 있다. 즉, 더 많은 PMMA는 더 많은 기공 분포뿐만 아니라 더 많은 기공도를 발생시킨다는 것을 알 수 있다.
(5) NiO ( Nickel Oxide )의 연속성 및 전기 전도도 평가
고 전기 전도도는 고체산화물 연료전지를 구성하는 음극의 성능을 높이고 저항 손실을 줄일 수 있는 주요한 요인 중 하나이다. NiO는 높은 전기 전도도 물질이고, 니켈의 함량을 더 많이 포함하면 더 좋은 전기 전도도를 얻을 수 있다.
도 3은 음극 기판에서 전기 전도도의 온도 의존성을 보여주는 일반적인 도면이다. 도 3을 참조하면, 모든 시험편의 전기 전도도는 102 과 103S/cm 사이의 범위에 존재하는 것을 알 수 있다. 음극 지지체의 전기 전도도는 금속 고체의 특성과 유사하게 온도의 증가에 따라서 감소한다. 음극 지지체의 전기 전도도는 지지체의 전기 전도가 니켈의 존재로 인해 발생하는 것을 의미한다. 그러나, 다른 입자 크기를 가진 PMMA 또한 음극 지지체의 전기 특성에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 더 많은 PMMA는 더 많은 다공성을 유도해서 구성 물질의 연속성을 감소시킬 수 있다.
도 4는 NiO의 연속성과 전기 전도도의 관계를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, NiO의 연속성이 증가할수록 전기 전도도가 증가함을 알 수 있다. 이러한 현상의 원인은 니켈이 연속적으로 연결되어 있을 때 전자의 이동이 더 쉽기 때문이다.
(6) YSZ 의 연속성과 기계적 강도의 관계
소결된 음극 지지체의 휨 강도는 3-점 굽힘 테스트기(3-point bending test machine)를 사용하여 균열이 일어날 때까지 측정하였다. 강도(strength)는 파열의 순간 가장 높은 응력을 보였다. 음극 기판의 수집된 파괴 강도 데이터는 하기 <수식 3>과 같은 Weibull 통계로 분석되었다.
<수식 3>
여기서, Pf는 Weibull 분포의 파괴 확률(probability of failure)이고, σmax는 파괴 전 가장 큰 강도를 나타내며, σ0는 Weibull 강도 또는 특성 강도이고, m은 Weibull 모듈러스(modulus)를 나타낸다.
도 5는 시험편의 균열 강도에 따른 Weibull 플롯을 나타낸다. 음극 지지체의 최적의 강도는 시험편 S2에서 나타나고, 상기 시험편 S2는 높은 파괴 강도와 높은 신뢰성을 보이는 Weibull 모듈러스를 보인다. 상기 시험편 S2가 가장 좋은 특성을 보이는 이유는 기공이 균일하게 분산되고, 동일한 크기의 PMMA에 의해 생성된 균일한 크기의 기공 때문에 기인한다. 음극 지지체의 기계적인 강도는 지지체의 공극률이 감소함에 따라 증가했다. 강도(σ)와 공극률(p) 사이의 관계는 하기의 <수식 4>로 나타난다.
<수식 4>
σ = σ0exp(-bp)
여기서 b는 기공 구조와 관련된 지수 계수이다.
도 6은 세라믹 YSZ의 연속성과 음극 기판의 특성 강도 사이의 관계를 보여주는 도면이다. 상기 특성 강도는 물질의 설계 강도를 설명하기 위해 사용되는데, 여기서 상기 지지체의 특성 강도는 도 5에 나타난 Weibull 플롯으로부터 산출되었다.
도 6을 참조하면, 높은 YSZ 연속성을 가진 시험편은 더 낮은 YSZ 연속성을 가진 다른 시험편보다 더 높은 특성 강도를 보인다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (18)

  1. 니켈 옥사이드(NiO);
    이트리아 안정화 지르코니아(YSZ); 및
    기공형성제인 PMMA(Poly-methyl methacrylate) 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 PMMA 분말은 10 wt%인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 PMMA 분말은 용매 상에서 볼 밀(ball mill)하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 용매는 에탄올인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 PMMA는 균일한 크기(size)의 PMMA인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 PMMA은 5 ㎛로 균일한 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 조성물.
  7. 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공형성제인 PMMA(Poly-methyl methacrylate)을 준비하는 단계;
    상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 PMMA를 용매 하에서 볼 밀(ball mill)하는 단계;
    상기 볼 밀을 수행한 후 건조 및 체질(sieve)하여 음극 지지체 분말을 형성하는 단계;
    상기 음극 지지체 분말을 일축 방향으로 가압하여 음극 지지체를 형성하는 단계; 및
    상기 음극 지지체를 소결 및 환원하여 NiO-YSZ 지지체를 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 용매는 에탄올인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 볼 밀은 24 시간 동안 에탄올의 존재하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 PMMA는 균일한 크기의 PMMA인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 음극 지지체 분말을 일축 방향으로 가압하여 음극 지지체를 형성하는 단계는 상기 음극 지지체 분말을 250MPa로 가압하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 음극 지지체를 소결 및 환원하여 NiO-YSZ 지지체를 형성하는 단계는 상기 음극 지지체를 1400℃에서 소결하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 음극 지지체를 소결 및 환원하여 NiO-YSZ 지지체를 형성하는 단계는 700℃에서 14 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 PMMA는 5 ㎛로 균일한 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법.
  15. 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공을 포함하는 음극 지지체를 포함하되,
    상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공은 서로 인접되게 구성하고,
    상기 니켈 옥사이드(NiO), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 기공의 연속성을 측정하여 음극 지지체의 전기 전도도 및 기계적인 강도를 정량화하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 기계적 및 전기적 특성 측정방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 연속성은 하기의 수식을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 기계적 및 전기적 특성 측정방법.
    <수식>
    Figure pat00007

    여기서,Cα는 2 상의 혼합물에서 α 상의 접촉의 정도를 나타내는 연속성이고, NL은 단위 길이당 접촉점의 수이며, SV는 단위 부피당 계면 면적이고, α, β, γ는 각각 NiO, YSZ, 기공을 의미한다.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 기계적인 강도는 하기의 수식을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 기계적 및 전기적 특성 측정방법.
    <수식>
    σ = σ0exp(-bp)
    여기서, σ는 강도(strength)이고, p는 공극률이며, b는 기공 구조와 관련된 지수 계수이다.
  18. 제 7항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111384408A (zh) * 2020-03-20 2020-07-07 四川轻化工大学 一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体及其制备方法

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