KR20160089884A - Oxide particle, air electrode comprising the same and fuel cell comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 산화물 입자, 이를 포함하는 공기극 및 이를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to oxide particles, an air electrode including the same, and a fuel cell including the same.
연료 전지란 연료와 공기의 화학 에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전지 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 연료 전지는 기존의 발전기술이 연료의 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 발전기 구동 과정을 취하는 것과 달리 연소 과정이나 구동 장치가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경 문제를 유발하지 않는 이러한 연료 전지는 SOx와 NOx 등의 대기오염 물질을 거의 배출하지 않고 이산화탄소의 발생도 적어 무공해 발전이며, 저소음, 무진동 등의 장점이 있다.Fuel cells are devices that directly convert the chemical energy of fuel and air into cells and heat by electrochemical reactions. A fuel cell is burned in a conventional power generation technology fuel, steam generation, the turbine drive, as opposed to taking a generator driven process because there is no combustion process or driving device, the fuel cell does not, as well as higher efficiency leads to environmental problems SO x and NO x and other air pollutants are rarely emitted, and the generation of carbon dioxide is also low, and it is pollution-free power generation, and there are advantages such as low noise and no vibration.
연료 전지는 인산형 연료 전지(PAFC), 알칼리형 연료 전지(AFC), 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료 전지(DMFC), 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 등 다양한 종류가 있는데, 이들 중 고체 산화물 연료 전지는 화력 발전과는 달리 높은 효율을 기대할 수 있고, 연료의 다양성 측면에서 장점이 있을 뿐만 아니라, 800 ℃ 이상의 고온에서 운전되기 때문에 다른 연료 전지에 비하여 고가의 촉매에 대한 의존도가 낮은 장점이 있다. There are various kinds of fuel cells such as phosphoric acid type fuel cell (PAFC), alkali type fuel cell (AFC), polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC), solid oxide fuel cell (SOFC) The solid oxide fuel cell is expected to have a high efficiency, unlike the thermal power generation, has advantages in terms of fuel diversity, and is operated at a high temperature of 800 ° C or more, There are advantages.
하지만, 고온의 운전 조건은 전극의 활성도를 증가시키는 장점은 있으나, 고체 산화물 연료 전지를 구성하고 있는 금속 재료의 내구성 및 산화 작용에 따른 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서, 국내외의 많은 기관에서는 중·저온형 고체 산화물 연료 전지 개발에 많은 노력을 하고 있다.However, the high temperature operation condition has an advantage of increasing the activity of the electrode, but it may cause problems due to the durability and oxidizing action of the metal material constituting the solid oxide fuel cell. Therefore, many organizations at home and abroad have made great efforts to develop solid oxide fuel cells of medium and low temperature.
이러한 중저온형 고체 산화물 연료 전지의 공기극 재료로는 페로브스카이트형(Perovskite: ABO3) 산화물 입자로서 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF)가 대표적으로 사용되는데, 란탄 스트론튬 코발트 페라이트는 화학적 내구성, 장기적 안정성 및 전기적 물성 측면에서 다른 조성물에 비해 중저온에서의 적용 가능성이 가장 높은 물질이다. Lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) is typically used as a perovskite (ABO 3 ) oxide particle as a cathode material for such a low-temperature-type solid oxide fuel cell. Lanthanum strontium cobalt ferrite has chemical durability , Long-term stability and electrical properties are the most likely to be applied at low temperatures compared to other compositions.
하지만, 상기 란탄 스트론튬 코발트 페라이트는 아직 장기적 안정성 및 전기화학적 측면에서 보완되어야 할 부분이 많으며, 이러한 연구는 아직도 진행 중이다.However, the lanthanum strontium cobalt ferrite still needs to be supplemented in terms of long-term stability and electrochemistry, and such studies are still in progress.
본 명세서의 일 실시상태는 산화물 입자를 제공한다. One embodiment of the present disclosure provides oxide particles.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 산화물 입자를 포함하는 공기극 조성물을 제공한다. Another embodiment of the present disclosure provides a cathode composition comprising the oxide particles.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a method of making the cathode composition.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 산화물 입자를 포함하는 공기극을 제공한다. Another embodiment of the present disclosure provides an air electrode comprising the oxide particles.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물로 형성된 공기극을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a cathode formed of the cathode composition.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물을 이용하여 전극을 형성하는 단계를 포함하는 공기극의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing an air electrode including forming an electrode using the cathode composition.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극을 포함하는 연료 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a fuel cell including the air electrode.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 연료전지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a battery module including the fuel cell as a unit cell.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되고, 페로브스카이트형(Perovskite: ABO3) 구조를 가지는 산화물 입자를 제공한다.An embodiment of the present invention provides an oxide particle having a perovskite (ABO 3 ) structure represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Bix(M1)1- xEO3 -δ Bi x (M1) 1- x EO 3 -δ
0＜x≤1이고, 0 < x < = 1,
M1 및 E는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 희토류 원소, 알칼리 토금속 원소 및 전이 원소 중에서 선택되는 1 이상의 원소이고,M1 and E are the same or different from each other and are each independently at least one element selected from a rare earth element, an alkaline earth metal element and a transition element,
δ는 상기 산화물 입자를 전기적인 중성으로 만들어 주는 값이다.delta is a value that makes the oxide particles electrically neutral.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 산화물 입자를 포함하는 공기극 조성물을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a cathode composition comprising the oxide particles.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a method of making the cathode composition.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 산화물 입자를 포함하는 공기극을 제공한다. Another embodiment of the present disclosure provides an air electrode comprising the oxide particles.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물로 형성된 공기극을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a cathode formed of the cathode composition.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물을 이용하여 전극을 형성하는 단계를 포함하는 공기극의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing an air electrode including forming an electrode using the cathode composition.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극을 포함하는 연료 전지를 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a fuel cell including the air electrode.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 연료 전지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a battery module including the fuel cell as a unit cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 공기극 조성물은 기존 전극 조성물 대비 면저항 성능이 우수한 장점이 있다.The cathode composition according to one embodiment of the present invention has an advantage of excellent sheet resistance compared to conventional electrode compositions.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 공기극 조성물은 전해질 물질과의 반응성이 낮은 장점이 있다.The cathode composition according to one embodiment of the present invention has an advantage of low reactivity with an electrolyte material.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 산화물 입자는 열팽창계수가 전해질 물질과 유사하여 내화학성이 우수한 장점이 있다.The oxide particles according to one embodiment of the present invention have an advantage that the thermal expansion coefficient is similar to that of the electrolyte material and therefore, the chemical resistance is excellent.
도 1은 기존의 공기극 재료인 LSCF와 본 명세서의 일 실시상태에 따른 공기극 재료인 BiSF의 면저항 성능을 비교한 도이다.
도 2는 공기극으로 BiSF를 사용한 고체 산화물 연료 전지의 주사 전자현미경(SEM) 측정 사진이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 공기극 재료인 BiSF와 전해질 물질인 GDC와의 반응성을 실험한 도이다.FIG. 1 is a view comparing sheet resistance performances of LSCF, which is a conventional air electrode material, and BiSF, which is an air electrode material according to an embodiment of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a solid oxide fuel cell using BiSF as an air electrode.
FIG. 3 is a graph showing the reactivity between BiSF as a cathode material and GDC as an electrolyte material according to an embodiment of the present invention.
본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시상태들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 실시상태들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이고, 단지 본 실시상태들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present application, and how to accomplish them, will be apparent with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. The present application, however, is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles of the invention as defined in the appended claims. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and this application is only defined by the scope of the claims.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 기술 및 과학적 용어를 포함하는 모든 용어는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms, including technical and scientific terms used herein, may be used in a manner that is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되고, 페로브스카이트형(Perovskite: ABO3) 구조를 가지는 산화물 입자를 제공한다.An embodiment of the present invention provides an oxide particle having a perovskite (ABO 3 ) structure represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Bix(M1)1- xEO3 -δ Bi x (M1) 1- x EO 3 -δ
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
0＜x≤1이고, 0 < x < = 1,
M1 및 E는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 희토류 원소, 알칼리 토금속 원소 및 전이 원소 중에서 선택되는 1 이상의 원소이고,M1 and E are the same or different from each other and are each independently at least one element selected from a rare earth element, an alkaline earth metal element and a transition element,
δ는 상기 산화물 입자를 전기적인 중성으로 만들어 주는 값이다.delta is a value that makes the oxide particles electrically neutral.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기δ는 산소의 공공(vacancy)을 나타내고, 상기 화학식 1로 표시되는 산화물 입자를 전기적인 중성으로 만들어 주는 값을 의미하며, 예컨대, 0.1 내지 0.4의 값을 가질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the δ represents a vacancy of oxygen and means a value for making the oxide particles represented by the formula (1) electrically neutral, and has a value of, for example, 0.1 to 0.4 .
종래의 연료 전지는 850 ℃ 초과 1000 ℃ 이하의 고온에서 작동되기 때문에, 연료 전지의 구성요소들의 화학적인 또는 물리적인 안정성을 고려할 때 소재의 선택에 제한이 많았고, 고온에서의 효율성을 유지하기 위한 부대 비용이 상당한 단점이 있었다.Since the conventional fuel cell operates at a high temperature of 850 DEG C or higher and 1000 DEG C or lower, there are many restrictions on the material selection in consideration of the chemical or physical stability of the components of the fuel cell, and a bag for maintaining efficiency at a high temperature There is a disadvantage that the cost is considerable.
따라서, 이러한 연료 전지의 작동 온도를 낮추면 소재의 장기적 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 연료 전지의 구성 요소에 적용 가능한 소재가 늘어나는 등의 이점을 가질 수 있다. Therefore, if the operating temperature of the fuel cell is lowered, not only the long-term stability of the material can be ensured but also the material applicable to the constituent elements of the fuel cell can be advantageously increased.
이에, 연료 전지의 작동 온도를 600℃ 이상 850 ℃ 이하의 중저온으로 낮추는 필요성이 부각되었으며, 이에 따라 중저온에서 적용할 수 있는 소재와 구성에 대한 필요성이 증가하는 추세이다. Accordingly, there is a need to lower the operating temperature of the fuel cell from 600 ° C to 850 ° C or lower, and thus there is a growing need for materials and compositions applicable to low-temperature applications.
그러나, 고체 산화물 연료 전지를 중저온에서 작동시킬 경우에도 공기극의 저항 증가 등의 문제점이 발생하며, 종래에 중저온형 연료 전지의 공기극 재료로서 많이 사용되던 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF)는 장기적인 안정성 및 전기화학적 물성 측면에서 보완이 필요하다. However, even when the solid oxide fuel cell is operated at an intermediate low temperature, there arises a problem such as an increase in resistance of the air electrode. In addition, Lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), which is conventionally used as a cathode material of a middle- Must be supplemented in terms of long-term stability and electrochemical properties.
이에 본 발명자들은 보다 우수한 성능을 갖는 공기극 조성물에 대한 연구를 수행하여 상기 화학식 1로 표시되고, 페로브스카이트형 구조를 가지는 산화물 입자를 발명하기에 이르렀으며, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 산화물 입자를 포함하는 공기극 조성물로 연료 전지의 공기극을 형성하는 경우에는 전지의 면저항 감소 및/또는 화학적 내구성의 증가 등의 효과가 있음을 확인하였다.Accordingly, the inventors of the present invention conducted research on a cathode composition having superior performance, and came to invent oxide particles having a perovskite-type structure represented by the above-mentioned formula (1). The oxide particles according to one embodiment of the present invention It has been confirmed that when the air electrode of the fuel cell is formed of the cathode electrode composition containing the particles, the sheet resistance and / or chemical durability of the battery is reduced.
본 명세서에 있어서, 상기 페로브스카이트형 산화물 입자는 부도체, 반도체 및 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 입방정계 결정 구조의 금속 산화물 입자를 의미한다.In this specification, the perovskite-type oxide particle means a metal oxide particle having a cubic crystal structure, which not only exhibits the properties of a non-conductive material, a semiconductor and a conductor but also a superconducting phenomenon.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 페로브스카이트형 산화물 입자는 ABO3의 화학식으로 표시될 수 있으며, 상기 A의 위치는 입방 단위체(cubic unit)의 꼭지점이고, B의 위치는 입방 단위체의 중심이며, 이러한 원자들은 산소와 더불어서 12 배위수를 가진다. 이때, A 및/또는 B에는 희토류 원소, 알칼리 토금속 원소 및 전이 원소 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 원소의 양이온이 위치할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the perovskite-type oxide particle can be represented by the formula of ABO 3 , wherein the position of A is the vertex of the cubic unit, the position of B is the center of the cubic unit , And these atoms have 12 coordination numbers in addition to oxygen. At this time, the cation of any one or two or more elements selected from a rare earth element, an alkaline earth metal element and a transition element may be located in A and / or B.
예를 들면, A에는 크고 낮은 원자가를 가지는 1종 또는 2종 이상의 양이온이 위치하고, B에는 일반적으로 작고 높은 원자가를 가진 양이온이 위치하며, 상기 A와 B 위치의 금속 원자들은 8면체 배위에서 6개의 산소 이온들에 의하여 배위된다.For example, in A, one or two or more cations having a large and a low valence are located, a generally small and high valence cation is located in B, and metal atoms in the A and B positions are located in six octahedral coordinates And is coordinated by oxygen ions.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 M1 및 E는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 희토류 원소, 알칼리 토금속 원소 및 전이 원소 중에서 선택되는 1 이상의 원소이다.According to one embodiment of the present invention, M1 and E are the same or different from each other, and are each independently at least one element selected from a rare earth element, an alkaline earth metal element and a transition element.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 M1은 희토류 원소, 알칼리 토금속 원소 및 전이원소 중에서 선택되는 1 이상의 원소이고, E는 전이금속이다. According to one embodiment of the present invention, M1 is at least one element selected from a rare earth element, an alkaline earth metal element and a transition element, and E is a transition metal.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 M1은 란탄(La), 스트론튬(Sr), 세륨(Ce), 칼슘(Ca), 이트륨(Y), 에르븀(Er), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 마그네슘(Mg) 및 바륨(Ba) 중에서 선택된 1 이상의 원소이다.According to one embodiment of the present disclosure, the M1 is selected from the group consisting of La, Sr, Ce, Ca, Y, Er, Pr, Ned ), Samarium (Sm), europium (Eu), magnesium (Mg), and barium (Ba).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E는 전이금속 원소; 또는 란탄족 원소이다.According to one embodiment of the present disclosure, E is a transition metal element; Or a lanthanide element.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E는 전이금속 원소이다.According to one embodiment of the present disclosure, E is a transition metal element.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E는 란탄족 원소이다.According to one embodiment of the present disclosure, E is a lanthanide element.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tr) 및 이터븀(Yb) 중에서 선택된 1 이상의 원소일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the E is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Ni, Fe, Co, Cu, Zn ), Niobium (Nb), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tr) and ytterbium (Yb).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E는 철(Fe)이다.According to one embodiment of the present disclosure, E is iron (Fe).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 x는 0.2≤x≤0.8이고, 바람직하게는 0.3≤x≤0.6이며, 보다 바람직하게는 0.5이다.According to one embodiment of the present disclosure, x is 0.2? X? 0.8, preferably 0.3? X? 0.6, more preferably 0.5.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 x가 상기 범위에 있을 때에는 페로브스카이트형 금속 산화물 입자 형성이 용이하며, 전해질과의 반응성이 낮을 수 있다. 또한, 면저항 성능이 뛰어나며 내구성이 우수한 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, when x is in the above range, perovskite-type metal oxide particles are easily formed , and reactivity with the electrolyte may be low . In addition, it has excellent sheet resistance performance and excellent durability.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 Bi0 .5Sr0 .5FeO3로 표시될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the general formula (1) can be expressed as Bi 0 .5 Sr 0 .5 FeO 3 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E는 (E1)y(E2)1-y로 표시될 수 있고, 상기 E1 및 E2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 희토류 원소, 알칼리 토금속 원소 및 전이 원소 중에서 선택되는 1 이상의 원소이며, 상기 y는 실수이고, 0<y≤1이다.According to one embodiment of the present disclosure, E may be represented by (E1) y (E2) 1-y , wherein E1 and E2 are the same or different from each other and each independently represent a rare earth element, an alkaline earth metal element, Element, y is a real number, and 0 < y? 1.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E1은 철(Fe)이다. According to one embodiment of the present disclosure, E1 is iron (Fe).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E2는 코발트(Co), 망간(Mn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the E2 may include at least one selected from the group consisting of cobalt (Co), manganese (Mn), and nickel (Ni).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 E2는 코발트(Co), 망간(Mn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the E2 may include any one selected from the group consisting of cobalt (Co), manganese (Mn), and nickel (Ni).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 Bi0 .5Sr0 .5Fe0 .5Co0 .5O3로 표시될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the general formula (1) can be expressed as Bi 0 .5 Sr 0 .5 Fe 0 .5
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화물 입자는 페로브스카이트형 구조를 가지는 산화물 입자의 제조방법으로서 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the oxide particles can be produced by a production method generally used in the art as a method for producing oxide particles having a perovskite structure.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화물 입자의 제조 방법은 볼밀링 등의 방법을 이용하여 기계적으로 혼합하는 단계; 승온하여 열처리하는 단계; 및 감온하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the method of manufacturing oxide particles may include mechanical mixing using a method such as ball milling; Elevating the temperature to heat treatment; And a step of warming.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 산화물 입자를 포함하는 공기극 조성물을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a cathode composition comprising the oxide particles.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트형 산화물 입자 외에 필요에 따라 다른 종류의 페로브스카이트형 산화물 입자를 더 포함할 수 있으며, 상기 페로브스카이트형 산화물 입자의 종류는 특별히 한정하지 않는다. According to one embodiment of the present invention, the cathode composition may further include other perovskite-type oxide particles as needed in addition to the perovskite-type oxide particles represented by
예를 들어, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 페로브스카이트형 산화물 입자로 란탄 스트론튬 망간 산화물(Lanthanum strontium manganese oxide: LSM), 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF), 란탄 스트론튬 갈륨 마그네슘 산화물(Lanthanum strontium gallium magnesium oxide: LSGM), 란탄 스트론튬 니켈 페라이트(Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF), 란탄 칼슘 니켈 페라이트(Lanthanum calcium nickel ferrite: LCNF), 란탄 스트론튬 구리 산화물(Lanthanum strontium copper oxide: LSC) 가돌리늄 스트론튬 코발트 산화물(Gadolinium strontium cobalt oxide: GSC), 란탄 스트론튬 페라이트 (Lanthanum strontium ferrite: LSF), 사마리움 스트론튬 코발트 산화물 (Samarium strontium cobalt oxide: SSC) 및 바리움 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium cobalt ferrite : BSCF) 중 1 이상을 더 포함할 수 있다.For example, according to one embodiment of the present invention, the perovskite-type oxide particles include lanthanum strontium manganese oxide (LSM), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), lanthanum strontium gallium (LSC), lanthanum strontium nickel ferrite (LSNF), lanthanum calcium nickel ferrite (LCNF), lanthanum strontium copper oxide (LSC) A barium strontium cobalt ferrite (BSCF), a gadolinium strontium cobalt oxide (GSC), a lanthanum strontium ferrite (LSF), a samarium strontium cobalt oxide (SSC) and a barium strontium cobalt ferrite Or more.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물이 페로브스카이트형 구조를 가지는 산화물 입자로서 Bi를 포함하는 경우에는 기존의 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (LSCF) 대비 우수한 면저항(Area Specific Resistance, ASR) 성능을 나타낸다. According to one embodiment of the present invention, when the cathode composition includes Bi as oxide particles having a perovskite structure, it has an excellent area specific resistance (ASR) performance compared to a conventional lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) .
본 발명의 실험예에서도, 기존의 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (LSCF) 대비 비스무스 스트론튬 페라이트(Bithmuth strontium ferrite: BiSF)의 면저항이 보다 낮은 것을 확인하였으며, 도 1에 온도 변화에 따른 면저항의 측정 결과를 나타내었다.Also in the experimental example of the present invention, it was confirmed that the sheet resistance of bismuth strontium ferrite (BiSF) was lower than that of the conventional lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), and the sheet resistance was measured according to the temperature change .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물의 면저항(ASR)은 600 ℃ 내지 700 ℃ 조건에서 0.1 Ω·cm2 내지 1 Ω·cm2 범위인 것이 바람직하다. 상기 공기극 조성물의 면저항이 0.1 Ω·cm2 이상인 경우에는 공기극에 의한 연료 전지 성능 개선의 효과가 있고, 면저항이 1 Ω·cm2 이하인 경우에는 연료 전지 성능 저하를 방지할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the sheet resistance (ASR) of the cathode electrode composition is preferably in the range of 0.1 Ω · cm 2 to 1 Ω · cm 2 at 600 ° C. to 700 ° C. When the sheet resistance of the cathode composition is set to 0.1? Cm 2 , There is an effect of improving the performance of the fuel cell by the air electrode, and when the sheet resistance is 1 Ω · cm 2 or less, deterioration of the performance of the fuel cell can be prevented.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 페로브스카이트형 구조를 가지는 산화물 입자가 Bi를 포함하는 경우에는 열팽창계수(Coefficient of thermal expansion, CTE)가 전해질 물질과 유사하여 전해질과의 내화학성이 뛰어난 특성이 있다.According to one embodiment of the present invention, when the oxide particle having the perovskite-type structure includes Bi, the coefficient of thermal expansion (CTE) is similar to that of the electrolyte material, .
본 명세서에 있어서, 열팽창계수는 일정한 압력 하에 있는 물체의 열팽창과 온도 사이의 비율을 의미하며, 본 명세서의 실험예에서는 상온에서부터 700 ℃까지의 온도 변화에 따른 길이 변화를 측정하였다. In the present specification, the thermal expansion coefficient means a ratio between the thermal expansion and the temperature of an object under a constant pressure. In the experimental example of this specification, the change in length with temperature change from room temperature to 700 ° C was measured .
즉, 연료 전지는 다층 구조를 가지므로 균열과 분리를 일으키지 않도록 전지의 구성 성분들간의 열팽창계수가 비슷해야 하는데, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 산화물 입자는 기존의 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (LSCF)에 비하여 우수한 면저항 성능을 보이는 다른 물질들과는 다르게 열팽창계수가 전해질 물질과 유사하여 연료 전지에 사용 시 화학적 안정성이 우수한 효과가 있다.That is, since the fuel cell has a multi-layered structure, the thermal expansion coefficient between the constituent components of the battery should be similar so as not to cause cracking and separation. The oxide particles according to one embodiment of the present invention are made of a conventional lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) , The thermal expansion coefficient is similar to that of the electrolyte material, so that the chemical stability of the fuel cell is excellent.
본 명세서의 실험예에서도 고체 산화물 연료 전지의 작동 온도인 500℃ 내지 800℃보다 높은 1000 ℃ 이상의 온도 조건에서 5시간 동안 열처리하여도 비스무스 스트론튬 페라이트(BiSF)가 전해질 물질인 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC)와의 반응성이 낮은 것을 확인하였으며, 따라서 본 발명에 따른 공기극 조성물을 연료 전지에 사용 시 화학적 내구성이 보다 우수함을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과를 도 3에 나타내었다.Even in the experimental examples of the present invention, bismuth strontium ferrite (BiSF) was found to be a gadolinia-doped ceria, which is an electrolytic material, even after heat treatment for 5 hours at a temperature of 1000 ° C or higher, which is higher than the operating temperature of the solid oxide fuel cell, GDC). Therefore, it can be confirmed that the use of the cathode composition according to the present invention for a fuel cell is superior in chemical durability. The results of these experiments are shown in FIG.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화물 입자의 열팽창계수는 11×10-6/C 내지 13×10-6/C 범위인 것이 바람직하고, 상기 산화물 입자의 열팽창계수가 11×10-6/C 이상인 경우에는 전해질과의 열적 거동이 유사하여 장기적으로 내구성이 뛰어난 효과가 있고, 상기 산화물 입자의 열팽창계수가 13×10-6/C 이하인 경우에는 전해질과의 열팽창계수 차이로 인한 응력에 따른 박리 결함 등의 문제를 방지하여 장기적인 측면에서의 내구성을 확보할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, the thermal expansion coefficient of the oxide particles is preferably in the range of 11 × 10 -6 / C to 13 × 10 -6 / C, and the thermal expansion coefficient of the oxide particles is preferably 11 × 10 -6 / C, the thermal behavior is similar to that of the electrolyte, and thus the durability is excellent over the long term. When the thermal expansion coefficient of the oxide particle is 13 × 10 -6 / C or less, the thermal expansion coefficient It is possible to prevent problems such as defects and to ensure long-term durability.
본 명세서의 실험예에서도, 기존에 사용되던 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(LSCF)에 비하여 본원 발명에 따른 비스무스 스트론튬 페라이트(BiSF)의 열팽창계수가 전해액과 보다 유사한 것을 확인하였으며, 이는 본 발명에 따른 스무스 스트론튬 페라이트(BiSF)를 연료 전지의 공기극에 사용 시 화학적인 내구성이 보다 우수함을 의미한다.In the experimental examples of the present invention, it was confirmed that the thermal expansion coefficient of bismuth strontium ferrite (BiSF) according to the present invention is more similar to that of the electrolytic solution compared to lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) (BiSF) is used for the cathode of a fuel cell, the chemical durability is better.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물은 용매, 분산제, 바인더 수지 및 가소제 중 1 이상을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the cathode composition may further include at least one of a solvent, a dispersant, a binder resin, and a plasticizer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 용매는 상기 바인더 수지를 용해할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 부틸 카비톨, 터피네올 및 부틸 카비톨 아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the binder resin, and may include at least one selected from the group consisting of butyl carbitol, terpineol, and butyl carbitol acetate have.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물은 상기 산화물 입자 및 바인더를 포함하고, 상기 산화물 입자 및 바인더의 함량비는 산화물 입자 및 바인더의 전체 중량을 기준으로 7:3 내지 3:7일 수 있고, 보다 바람직하게는 6:4일 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the cathode composition comprises the oxide particles and a binder, wherein the content ratio of the oxide particles and the binder is from 7: 3 to 3: 7, based on the total weight of the oxide particles and the binder And more preferably 6: 4.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물의 전체 중량 대비 용매의 함량은 10 중량% 내지 20 중량% 범위이다.According to one embodiment of the present invention, the content of the solvent relative to the total weight of the cathode composition is in the range of 10 wt% to 20 wt%.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물의 전체 중량 대비 분산제의 함량은 5 중량% 내지 15 중량% 범위이다.According to one embodiment of the present invention, the content of the dispersant relative to the total weight of the cathode composition is in the range of 5 wt% to 15 wt%.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바인더 수지는 점착력을 부여할 수 있는 바인더 수지라면 특별히 한정되지 않으며, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈 (CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재상 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the binder resin is not particularly limited as long as it is a binder resin capable of imparting cohesive strength, and includes polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC) , Ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), styrene-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, fluorine-containing rubber, fluorine- Rubber, various copolymers thereof, and the like.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 Another embodiment of the present disclosure is
공기극 조성물의 구성 성분의 함량을 조절하여 준비하는 칭량 단계; 및 A weighing step of adjusting the content of the constituent components of the cathode composition; And
공기극 조성물의 구성 성분을 분산시켜 혼합하는 단계를 포함하는 상기 공기극 조성물의 제조방법을 제공한다. And dispersing and mixing the components of the cathode composition.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물의 구성 성분은 상기 산화물 입자를 포함한다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물의 구성 성분은 상기 산화물 입자 외에 용매, 분산제, 바인더 및 가소제로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 포함한다. According to one embodiment of the present disclosure, the constituent components of the cathode composition include the oxide particles. According to one embodiment of the present invention, the constituent components of the cathode composition include at least one oxide selected from the group consisting of a solvent, a dispersant, a binder and a plasticizer.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 산화물 입자를 포함하는 공기극을 제공한다. Another embodiment of the present disclosure provides an air electrode comprising the oxide particles.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물로 형성된 공기극을 제공한다. Another embodiment of the present disclosure provides a cathode formed of the cathode composition.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극은 공기극 조성물을 전해질 상에 도포한 후 소결하여 형성될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the air electrode may be formed by applying the cathode composition on the electrolyte and sintering the cathode composition.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극은 공기극 조성물을 전해질 상에 도포한 후 700℃ 내지 1,100℃의 온도 범위에서 소결하여 형성될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the air electrode may be formed by applying the cathode composition on the electrolyte and then sintering at a temperature ranging from 700 ° C to 1,100 ° C.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 공기극 조성물을 이용하여 전극을 형성하는 단계를 포함하는 공기극의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing an air electrode including forming an electrode using the cathode composition.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극 조성물은 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry) 형태일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the cathode composition may be in the form of a paste or a slurry.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 공기극의 제조방법은 상기 공기극 조성물을 전해질 상에 도포한 후 소결하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the method for manufacturing the cathode includes the step of applying the cathode composition on the electrolyte and then sintering the cathode composition.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 도포는 스크린 프린팅, 딥 코팅 등의 다양한 코팅 방법을 이용하여 바로 코팅될 수 있다. 그러나, 상기 조성물을 도포하는 전해질은, 전해질과 전극 사이의 반응을 보다 더 효과적으로 방지하기 위하여 반응방지층 등의 기능층을 추가로 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the coating may be directly coated using various coating methods such as screen printing, dip coating, and the like. However, the electrolyte to which the composition is applied may further include a functional layer such as an anti-reaction layer in order to more effectively prevent the reaction between the electrolyte and the electrode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 소결하는 단계는 700℃ 내지 1,100℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the sintering step may be performed in a temperature range of 700 ° C to 1,100 ° C.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 Another embodiment of the present disclosure is
상기 공기극; The air electrode;
연료극; 및 Fuel electrode; And
상기 공기극 및 연료극 사이에 구비되는 전해질을 포함하는 연료 전지를 제공한다.And an electrolyte disposed between the air electrode and the fuel electrode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전해질은 이온 전도성을 가지는 고체 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전해질은 산화 지르코늄계, 산화 세륨계, 산화 란탄계, 산화 티타늄계, 산화 비스무스계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 복합 금속 산화물을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the electrolyte may comprise a solid oxide having ionic conductivity. Specifically, according to one embodiment of the present invention, the electrolyte is a composite metal oxide including at least one selected from the group consisting of a zirconium oxide-based material, a cerium oxide-based material, a lanthanum oxide-based material, a titanium oxide- . ≪ / RTI >
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전해질은 세리아(ceria) 계열인 연료전지를 제공한다.According to one embodiment of the present disclosure, the electrolyte provides a ceria series fuel cell.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 전해질은 가돌리니아 도핑된 세리아(GDC), 사마리아 도핑된 세리아(SDC) 및 란타니아 도핑된 세리아(LDC)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 연료 전지를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the electrolyte may be any one selected from the group consisting of gadolinia doped ceria (GDC), samaria doped ceria (SDC), and lanthanide doped ceria (LDC) Lt; / RTI >
하기 도 4는 BiSF와 지르코늄 계열의 전해질인 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 혼합하여 열처리한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4를 참고하면, a라고 표시되어 있는 부분은 BiSF와 YSZ 이외의 물질이 발생했음을 알 수 있는 부분이며, 이런 불순물은 BiSF와 YSZ의 부반응으로 인해 생긴 것일 수 있다. 이러한 결과는 본 명세서의 일 실시상태에 의한 BiSF와 GDC의 열처리 결과인 도 3의 그래프와 비교될 수 있다.4 is a graph showing the results of mixing BiSF and yttria-stabilized zirconia (YSZ), which are zirconium-based electrolytes, and heat-treating them. Referring to FIG. 4, a portion labeled a indicates that a substance other than BiSF and YSZ has been generated. Such impurities may be caused by side reactions of BiSF and YSZ. These results can be compared with the graph of FIG. 3, which is the result of heat treatment of BiSF and GDC according to one embodiment of the present disclosure.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 SDC는 사마륨 도프 세리아로서, (Sm2O3)x(CeO2)1-x로 표현될 수 있고, x는 0.02 내지 0.4일 수 있으며, 상기 GDC는 가도리움 도프 세리아로서, (Gd2O3)x(CeO2)1-x로 표현될 수 있고, x는 0.02 내지 0.4일 수 있다. 상기 LDC는 란탄니움 도프 세리아로서, (La2O3)x(CeO2)1-x로 표현될 수 있고, x는 0.02 내지 0.4일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the SDC may be represented by (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x as samarium doped ceria, x may be 0.02 to 0.4, May be represented by (Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , and x may be 0.02 to 0.4, as gadolinium dopa ceria. The LDC may be expressed as (La2O3) x (CeO2) 1-x, where x may be 0.02 to 0.4.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 연료극은 전술한 전해질에 포함되는 물질 및 니켈 옥사이드가 혼합된 세메트(cermet)가 사용될 수 있다. 나아가, 상기 연료극은 활성탄소를 추가적으로 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the fuel electrode may be a cermet in which the substance included in the electrolyte and the nickel oxide are mixed. Further, the anode may further include activated carbon.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 연료 전지는 상기 공기극이 전극인 것을 제외하고는, 당 기술분야에서 사용되는 통상적인 연료 전지의 제조 방법으로 제조될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the fuel cell can be manufactured by a conventional method of manufacturing a fuel cell used in the art, except that the air electrode is an electrode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 연료 전지는 인산형 연료 전지(PAFC), 알칼리형 연료 전지(AFC), 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC), 직접메탄올 연료 전지(DMFC), 용융탄산염 연료 전지(MCFC) 및 고체 산화물 연료 전지(SOFC)일 수 있다. 이들 중 본 명세서의 일 실시상태에 따른 연료 전지는 고체 산화물 연료 전지(SOFC)인 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present disclosure, the fuel cell may be a fuel cell such as a PAFC, an AFC, a PEMFC, a direct methanol fuel cell, a molten carbonate fuel cell, (MCFC) and a solid oxide fuel cell (SOFC). The fuel cell according to one embodiment of the present invention is preferably a solid oxide fuel cell (SOFC).
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 연료전지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a battery module including the fuel cell as a unit cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지 모듈은 연료 전지를 포함하는 단위 전지와 상기 단위 전지 사이에 구비된 세퍼레이터를 포함하는 스택; 연료를 스택으로 공급하는 연료 공급부; 및 산화제를 스택으로 공급하는 산화제 공급부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery module includes a stack including a unit cell including a fuel cell and a separator provided between the unit cells; A fuel supply unit for supplying fuel to the stack; And an oxidant supply for supplying the oxidant to the stack.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
<< 실시예Example >>
<< 실시예Example 1> 1>
Bi2O3 0.5mol, SrCO3 0.5mol, Fe2O3 1.0mol을 칭량한 후 볼밀(Ball mill)로 원료를 균일하게 혼합한 후 알루미나 도가니에 담아서 대기분위기의 퍼니스(furnace)에서 분당 5℃로 승온하고 1000℃에서 3시간 동안 열처리를 진행한 후 분당 5℃로 하강하여 복합 산화물입자를 제조하였다.After 0.5 mol of Bi 2 O 3, 0.5 mol of SrCO 3 and 1.0 mol of Fe 2 O 3 were weighed, the raw material was uniformly mixed with a ball mill, and the mixture was placed in an alumina crucible and heated in an atmospheric furnace at 5 ° C./min And the mixture was heated at 1000 ° C for 3 hours, and then cooled down to 5 ° C per minute to prepare composite oxide particles.
복합 금속산화물 입자를 전체 조성물 총 중량을 기준으로 60wt%, 바인더로서 ESL441를 전체 조성물 총 중량을 기준으로 40wt% 포함한 공기극 조성물을 3 롤 밀(Roll Mill)을 이용하여 패이스트(Paste) 형태로 전극물을 제조하였다.The cathode electrode composition containing composite metal oxide particles in an amount of 60 wt% based on the total weight of the total composition and ESL441 as a binder in an amount of 40 wt% based on the total weight of the total composition was applied in a paste form using a 3 roll mill, Water was prepared.
Rhodia사의 GDC (Gd 10% doped Ceoxide)를 전해질 지지체(두께: 1000㎛)로 사용하고, 전해질 지지체의 양면에 공기극 조성물을 스크린 프린팅(screen printing)법으로 도포하고 건조한 후, 1000℃로 열처리하여 공기극을 형성했다.The cathode composition was coated on both sides of the electrolyte support by screen printing method using GDC (Gd 10% doped CeO 2) of Rhodia as an electrolyte support (thickness: 1000 탆) .
<< 비교예Comparative Example 1> 1>
La2O3 0.6mol, SrCO3 0.4mol, Co3O4 0.2mol, Fe2O3 0.8mol을 칭량한 후 볼밀(Ball mill)로 원료를 균일하게 혼합한 후 알루미나 도가니에 담아서 대기분위기의 퍼니스(furnace)에서 분당 5℃로 승온하고 1000℃에서 3시간 동안 열처리를 진행한 후 분당 5℃로 하강하여 복합 산화물입자를 제조하였다. La 2 O 3 0.6mol, SrCO 3 0.4mol, Co 3 O 4 0.2 mol of Fe 2 O 3 and 0.8 mol of Fe 2 O 3 were weighed and uniformly mixed with a ball mill. The mixture was placed in an alumina crucible and heated in an atmospheric furnace at 5 ° C./min. For 3 hours at 1000 ° C. After the heat treatment was performed, the temperature was lowered to 5 ° C per minute to prepare composite oxide particles.
복합 금속산화물 입자를 전체 조성물 총 중량을 기준으로 60wt%, 바인더로서 ESL441를 전체 조성물 총 중량을 기준으로 40wt% 포함한 공기극 조성물을 3 롤 밀(Roll Mill)을 이용하여 패이스트(Paste) 형태로 전극물을 제조하였다.The cathode electrode composition containing composite metal oxide particles in an amount of 60 wt% based on the total weight of the total composition and ESL441 as a binder in an amount of 40 wt% based on the total weight of the total composition was applied in a paste form using a 3 roll mill, Water was prepared.
Rhodia사의 GDC (Gd 10% doped Ceoxide)를 전해질 지지체(두께: 1000㎛)로 사용하고, 전해질 지지체의 양면에 공기극 조성물을 스크린 프린팅(screen printing)법으로 도포하고 건조한 후, 1000℃로 열처리하여 공기극을 형성했다.The cathode composition was coated on both sides of the electrolyte support by screen printing method using GDC (Gd 10% doped CeO 2) of Rhodia as an electrolyte support (thickness: 1000 탆) .
<< 실험예Experimental Example 1> 1> 면저항Sheet resistance (( ASRASR ) 측정) Measure
면저항 측정은 백금(Pt) 와이어를 제조된 공기극에 각각 접합시킨 후, 4프로브2와이어(4prove 2wire)방법을 이용하여 면저항을 측정하였다. 이때 사용된 측정장비는 solartron 1287과 1260을 사용하였다.The sheet resistance measurements were made by bonding platinum (Pt) wires to the manufactured air electrode, respectively, and then measuring the sheet resistance using a 4-probe 2wire method. The measurement equipment used was solartron 1287 and 1260.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 면저항(ASR)을 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었으며, 구체적으로 온도의 변화에 따른 면저항의 측정 결과를 도 1에 나타내었다.The sheet resistance (ASR) of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 1 below. Specifically, the results of sheet resistance measurement according to changes in temperature are shown in FIG.
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 비교예 1에 사용된 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(LSCF)에 비하여 본원 실시예 1에 사용된 비스무스 스트론튬 페라이트(BiSF)의 면저항(ASR)이 보다 낮은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 1, the sheet resistance (ASR) of bismuth strontium ferrite (BiSF) used in Example 1 of the present invention is lower than that of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) used in Comparative Example 1.
<< 실험예Experimental Example 2> 열팽창계수( 2> Coefficient of thermal expansion ( CTECTE ) 측정) Measure
열팽창계수 측정은 산화물 입자를 5mm*5mm*20mm 크기로 성형한 후, 팽창계(Dilatometer)를 이용하여 분당 5℃로 800℃까지의 열팽창 변화를 측정하였다. 이때 사용된 측정장비는 LINSEIS사 L75 Model을 사용하였다.The thermal expansion coefficient was measured by measuring the thermal expansion from 5 ° C / min to 800 ° C / min using a dilatometer after forming the oxide particles into a size of 5 mm * 5 mm * 20 mm. LINSEIS L75 model was used for the measurement.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 열팽창계수(CTE)를 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다. The results of measurement of the CTE of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 2 below.
상기 표 2에서 볼 수 있듯이, 비교예 1에 사용된 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(LSCF)에 비하여 본원 실시예 1에 사용된 비스무스 스트론튬 페라이트(BiSF)의 열팽창계수가 전해액과 보다 유사한 것을 확인할 수 있으며, 따라서 연료 전지에 사용 시에 화학적 내구성이 보다 우수함을 알 수 있다. As can be seen from the above Table 2, it can be confirmed that the thermal expansion coefficient of bismuth strontium ferrite (BiSF) used in Example 1 is similar to that of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) used in Comparative Example 1, It can be seen that the chemical durability is better when used in a fuel cell.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시예를 설명하였으나, 본 출원은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 출원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.
Claims (15)
[화학식 1]
Bix(M1)1- xEO3 -δ
상기 화학식 1에서,
0＜x≤1이고,
M1 및 E는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 희토류 원소, 알칼리 토금속 원소 및 전이 원소 중에서 선택되는 1 이상의 원소이고,
δ는 상기 산화물 입자를 전기적인 중성으로 만들어 주는 값이다.An oxide particle represented by the following formula (1) and having a perovskite-type structure:
[Chemical Formula 1]
Bi x (M1) 1- x EO 3 -δ
In Formula 1,
0 < x < = 1,
M1 and E are the same or different from each other and are each independently at least one element selected from a rare earth element, an alkaline earth metal element and a transition element,
delta is a value that makes the oxide particles electrically neutral.
연료극; 및
상기 공기극 및 연료극 사이에 구비되는 전해질을 포함하는 연료 전지.The air electrode of claim 11;
Fuel electrode; And
And an electrolyte disposed between the air electrode and the fuel electrode.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111039323A (en) * | 2019-12-04 | 2020-04-21 | 厦门稀土材料研究所 | Bi doped with iron/terbium element3YO6Inorganic pigment and preparation method and application thereof |
| KR20200076569A (en) * | 2018-12-19 | 2020-06-29 | 한국과학기술원 | Bismuth calcium ferrites used as an electrolyte with a high ionic mobility |
| US12002967B1 (en) | 2023-03-22 | 2024-06-04 | King Faisal University | Cobalt and copper-doped nickel ferrite nanoparticles as catalyst for direct methanol fuel cells |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050021027A (en) | 2003-08-25 | 2005-03-07 | 한국에너지기술연구원 | Anode-supported flat-tubular solid oxide fuel cell stack and fabrication method of it |
-
2016
- 2016-01-20 KR KR1020160007229A patent/KR20160089884A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050021027A (en) | 2003-08-25 | 2005-03-07 | 한국에너지기술연구원 | Anode-supported flat-tubular solid oxide fuel cell stack and fabrication method of it |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200076569A (en) * | 2018-12-19 | 2020-06-29 | 한국과학기술원 | Bismuth calcium ferrites used as an electrolyte with a high ionic mobility |
| CN111039323A (en) * | 2019-12-04 | 2020-04-21 | 厦门稀土材料研究所 | Bi doped with iron/terbium element3YO6Inorganic pigment and preparation method and application thereof |
| CN111039323B (en) * | 2019-12-04 | 2022-02-08 | 厦门稀土材料研究所 | Bi doped with iron/terbium element3YO6Inorganic pigment and preparation method and application thereof |
| US12002967B1 (en) | 2023-03-22 | 2024-06-04 | King Faisal University | Cobalt and copper-doped nickel ferrite nanoparticles as catalyst for direct methanol fuel cells |
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