KR20210060878A - Praseodymium doped metal oxide and method of manufacturing the same and solid oxide electrode using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a praseodymium-doped metal oxide having a perovskite structure, which realizes excellent performance even at high temperature by controlling oxygen-deficient and oxygen-excessive conditions through an oxidation and reduction process to obtain desired performance, and can substitute for a noble metal, such as platinum, a method for preparing the same, and a solid oxide electrode using the same. The method for preparing a praseodymium-doped metal oxide having a perovskite structure according to the present invention includes the steps of: (a) dissolving a praseodymium precursor, a strontium precursor and a titanium precursor in a solvent and heating them under irradiation of ultrasonic waves to form a mixture; (b) heat treating the mixture and pulverizing the resultant product to form pellets; (c) further heat treating the pellets to form a sintered body; and (d) carrying out reductive heat treatment of the sintered body under reductive atmosphere to form a praseodymium-doped metal oxide having a perovskite structure.

Description

프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극{PRASEODYMIUM DOPED METAL OXIDE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND SOLID OXIDE ELECTRODE USING THE SAME}Perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium, and a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same

본 발명은 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화 및 환원 공정을 통하여 산소결핍 및 산소과잉 조건을 조절하여 원하는 성능을 조절하는 것에 의해 고온에서도 우수한 성능을 발휘하여 백금과 같은 귀금속을 대체할 수 있는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium and a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same, and more particularly, to a desired performance by controlling oxygen deficiency and oxygen excess conditions through oxidation and reduction processes. A perovskite-structured metal oxide substituted with praseodymium that can replace noble metals such as platinum by controlling to exhibit excellent performance at high temperatures, and a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same.

고체산화물 전지는 산소 또는 수소 이온 전도성을 띄는 고체 산화물을 전해질막으로 사용하는 전지로 양극에서 산소의 환원반응으로 생성된 산소 이온이 고체 전해질막을 지나 음극으로 이동한 후 음극에 공급된 수소와 반응하면서 물을 생성하고 이때 생성된 전자가 양극으로 전달될 때 발생하는 외부 전류를 이용하게 된다.A solid oxide battery is a battery that uses a solid oxide having oxygen or hydrogen ion conductivity as an electrolyte membrane.Oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen from the positive electrode pass through the solid electrolyte membrane to the negative electrode and react with the hydrogen supplied to the negative electrode. It generates water and uses an external current generated when the generated electrons are transferred to the anode.

이를 위해, 고체산화물 전지는 캐소드 전극, 고체 전해질 및 애노드 전극으로 구성되는 단위 셀을 기본 구성으로 한다. 이때, 고체산화물 전지에서 발생하는 전기를 집전하기 위해 캐소드 전극 및 애노드 전극을 전류 집전체를 이용하여 전기적으로 연결하고 있다.To this end, the solid oxide battery has a basic configuration of a unit cell composed of a cathode electrode, a solid electrolyte, and an anode electrode. At this time, in order to collect electricity generated in the solid oxide battery, the cathode electrode and the anode electrode are electrically connected using a current collector.

최근, CO2 및 CO 중 1종 이상의 연료를 SOFC(solid oxide fuel cell) 및 SOEC(solid oxide electrolyzer cell) 시스템에 일회 주입으로 밀폐한 후 지속적인 정반응과 가역반응의 반복을 통해 충방전 개념의 2차 전지로 활용하려는 노력이 진행 중에 있다.Recently, at least one type of fuel among CO 2 and CO is sealed in a single injection into SOFC (solid oxide fuel cell) and SOEC (solid oxide electrolyzer cell) system, and then the secondary charging and discharging concept is repeated through continuous forward and reversible reactions. Efforts to utilize it as a battery are in progress.

이러한 SOFC(solid oxide fuel cell) 및 SOEC(solid oxide electrolyzer cell) 시스템의 막반응기에 사용하기 위해서는 우수한 촉매능 및 뛰어난 열 안정성을 갖는 금속 산화물이 요구되고 있다.In order to be used in a membrane reactor of such a solid oxide fuel cell (SOFC) and a solid oxide electrolyzer cell (SOEC) system, a metal oxide having excellent catalytic performance and excellent thermal stability is required.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0075529호(2013.07.05. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 고체산화물 전극, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 및 이의 제조방법이 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2013-0075529 (published on May 5, 2013), and the document describes a solid oxide electrode, a solid oxide fuel cell including the same, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 목적은 산화 및 환원 공정을 통하여 산소결핍 및 산소과잉 조건을 조절하여 원하는 성능을 조절하는 것에 의해 고온에서도 우수한 성능을 발휘하여 백금과 같은 귀금속을 대체할 수 있는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to control the oxygen deficiency and oxygen excess conditions through oxidation and reduction processes, thereby exhibiting excellent performance even at high temperatures, thereby replacing a praseodymium-substituted perovskite that can replace noble metals such as platinum. It is to provide a structured metal oxide, a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법은 (a) 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체 및 티타늄 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 1차 열처리하고 분쇄하여 펠렛을 형성하는 단계; (c) 상기 펠렛을 2차 열처리하여 소결체를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 소결체를 환원분위기에서 환원 열처리하여 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조의 금속산화물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for producing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium according to an embodiment of the present invention to achieve the above object is (a) a praseodymium precursor, a strontium precursor, and a titanium precursor are dissolved in a solvent and heated while irradiating with ultrasonic waves. Forming a mixture; (b) subjecting the mixture to primary heat treatment and grinding to form pellets; (c) forming a sintered body by secondary heat treatment of the pellets; And (d) forming a metal oxide having a perovskite structure in which praseodynium is substituted by reducing heat treatment in a reducing atmosphere.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물은 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 한다.The perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is characterized by represented by the following formula (1) or the following formula (2).

[화학식 1][Formula 1]

PrxSr1-yTiO3+z Pr x Sr 1-y TiO 3+z

(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

[화학식 2][Formula 2]

PrxSr1-1.5yTiO3-z Pr x Sr 1-1.5y TiO 3-z

(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

본 발명에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극은 산화 및 환원 공정을 통하여 산소결핍 및 산소과잉 조건을 조절하여 원하는 성능을 조절하는 것에 의해, 고온에서도 우수한 성능을 발휘하여 백금과 같은 귀금속을 대체할 수 있다.A perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium according to the present invention and a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same, by controlling oxygen deficiency and oxygen excess conditions through oxidation and reduction processes to control desired performance, It exhibits excellent performance even at high temperatures and can replace precious metals such as platinum.

이에 따라, 본 발명에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극은 값비싼 귀금속을 대체하는 것이 가능하므로 제조원가를 절감하면서도 전기전도도 등의 우수한 성능 향상 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, the praseodymium-substituted perovskite structure metal oxide and the method of manufacturing the same, and the solid oxide electrode using the same can replace expensive precious metals, thereby reducing manufacturing cost and improving excellent performance such as electrical conductivity. I can plan an effect.

아울러, 본 발명에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극은 우수한 전기전도도 및 고온 안정성을 바탕으로 한 전극의 성능 향상으로 저항을 감소시켜 중저온 영역에서도 높은 효율을 유지할 수 있으므로 고체산화물 연료전지 및 가스센서 등의 전극으로 활용하기 적합하다.In addition, the praseodymium-substituted perovskite structure metal oxide and its manufacturing method according to the present invention, and the solid oxide electrode using the same, reduce the resistance by improving the performance of the electrode based on excellent electrical conductivity and high temperature stability. It is suitable for use as an electrode for solid oxide fuel cells and gas sensors, as it can maintain high efficiency even in the region.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 제한전류형 가스센서를 나타낸 단면도이다.
도 3은 제한전류형 가스센서의 상부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시료들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 5 ~ 8에 따라 제조된 시료들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1 ~ 2, 4, 6 ~ 8과 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시료들에 대한 전기전도도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodynium according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a limited current type gas sensor.
3 is a perspective view showing the upper portion of the limited current type gas sensor.
4 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of samples prepared according to Examples 1 to 4.
5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of samples prepared according to Examples 5 to 8.
6 is a graph showing electrical conductivity measurement results for samples prepared according to Examples 1 to 2, 4, 6 to 8 and Comparative Examples 1 to 3.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment is intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to the possessor, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a praseodymium-substituted perovskite structure metal oxide according to a preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물Perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium

본 발명의 실시예에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시된다.The perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium according to an embodiment of the present invention is represented by the following Formula 1 or Formula 2.

[화학식 1][Formula 1]

PrxSr1-yTiO3+z Pr x Sr 1-y TiO 3+z

(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

[화학식 2][Formula 2]

PrxSr1-1.5yTiO3-z Pr x Sr 1-1.5y TiO 3-z

(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

위의 화학식 1로 표시되는 금속산화물은 산소과잉 구조에 해당하고, 화학식 2로 표시되는 금속산화물은 산소결핍 구조에 해당한다.The metal oxide represented by Formula 1 above corresponds to an oxygen-excessive structure, and the metal oxide represented by Formula 2 corresponds to an oxygen-deficient structure.

이와 같이, 본 발명에서는 산화 및 환원 공정을 통하여 산소결핍 및 산소과잉 조건을 조절하여 원하는 성능을 조절할 수 있게 된다.As described above, in the present invention, it is possible to control desired performance by controlling oxygen deficiency and oxygen excess conditions through oxidation and reduction processes.

이에 따라, 고온에서도 우수한 성능을 발휘하여 백금과 같은 귀금속을 대체할 수 있는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 제조할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to produce a perovskite-structured metal oxide substituted with praseodymium, which can replace noble metals such as platinum by exhibiting excellent performance even at high temperatures.

이 결과, 본 발명은 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 제공하는 것에 의해, 값비싼 귀금속을 대체하는 것이 가능하므로 제조원가를 절감하면서도 전기전도도 등의 우수한 성능 향상 효과를 도모할 수 있다.As a result, since the present invention provides a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium, it is possible to replace expensive precious metals, thereby reducing manufacturing costs and achieving excellent performance improvement effects such as electrical conductivity.

프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물의 제조 방법Method for producing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodynium according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법은 혼합물 형성 단계(S110), 1차 열처리 단계(S120), 2차 열처리 단계(S130) 및 환원 열처리 단계(S140)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the method for producing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodynium according to an embodiment of the present invention includes a mixture formation step (S110), a first heat treatment step (S120), and a second heat treatment. It includes a step (S130) and a reduction heat treatment step (S140).

혼합물 형성Mixture formation

혼합물 형성 단계(S110)에서는 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체 및 티타늄 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성한다.In the mixture forming step (S110), a praseodymium precursor, a strontium precursor, and a titanium precursor are dissolved in a solvent and then heated while irradiating ultrasonic waves to form a mixture.

여기서, 프라세오디뮴 전구체는 Pr6O11 및 Pr2O3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다. 스트론튬 전구체는 SrN2O6, SrCO3 및 SrSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다.Here, the praseodymium precursor includes at least one selected from the group consisting of Pr 6 O 11 and Pr 2 O 3. The strontium precursor includes at least one selected from the group consisting of SrN 2 O 6 , SrCO 3 and SrSO 4.

또한, 티타늄 전구체는 TiO2, TiCl4 및 TiOCl2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다. 구리 전구체는 Cu(NO3)2, CuCl2, CuCO3 및 Cu2SO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다.In addition, the titanium precursor includes at least one selected from the group consisting of TiO 2 , TiCl 4 and TiOCl 2. The copper precursor includes at least one selected from the group consisting of Cu(NO 3 ) 2 , CuCl 2 , CuCO 3 and Cu 2 SO 4.

아울러, 용매로는 아세톤(aceton), 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol), DMF(dimethylformamide), 옥탄올(Octanol), 에톡시 에탄올(ethoxy ethanol), 테트라데칸(tetradecane), 펜탄올(pentanol), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 벤젠, 증류수(H2O) 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, as a solvent, acetone, 2-methoxyethanol, DMF (dimethylformamide), octanol, ethoxy ethanol, tetradecane, pentanol ), dipropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol, benzene, distilled water (H 2 O), and the like may be used, but is not limited thereto.

본 단계에서, 초음파 조사는 10 ~ 60kHz 조건으로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 초음파 조사가 10kHz 미만이거나, 또는 1분 미만으로 실시될 시에는 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체 및 티타늄 전구체가 용매에 균일하게 혼합되지 못하는 문제를 유발할 수 있다. 반대로, 초음파 조사가 60kHz를 초과하거나, 또는 60분을 초과하여 실시될 시에는 공정 효율의 관점에서 과도한 에너지가 소모되는 문제가 있으므로, 바람직하지 못하다.In this step, the ultrasonic irradiation is preferably performed for 1 to 60 minutes under the conditions of 10 to 60 kHz. When the ultrasonic irradiation is less than 10 kHz or less than 1 minute, the praseodymium precursor, the strontium precursor, and the titanium precursor may not be uniformly mixed in a solvent. Conversely, when the ultrasonic irradiation exceeds 60 kHz or exceeds 60 minutes, there is a problem in that excessive energy is consumed from the viewpoint of process efficiency, which is not preferable.

1차 열처리1st heat treatment

1차 열처리 단계(S120)에서는 혼합물을 1차 열처리하고 분쇄하여 펠렛을 형성한다.In the first heat treatment step (S120), the mixture is first heat treated and pulverized to form pellets.

1차 열처리는 1,000 ~ 1,200℃에서 6 ~ 12 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 1차 열처리 온도가 1,000℃ 미만이거나, 1차 열처리 시간이 6시간 미만일 경우에는 혼합물의 표면이 잘 녹지 않을 우려가 있다. 반대로, 1차 열처리 온도가 1,200℃를 초과하거나, 1차 열처리 시간이 12시간을 초과할 경우에는 혼합물끼리 반응하여 국소적으로 다른 조성을 형성할 수 있으며, 결정립의 크기가 과대하게 커질 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.The primary heat treatment is preferably performed at 1,000 to 1,200°C for 6 to 12 hours. If the first heat treatment temperature is less than 1,000°C or the first heat treatment time is less than 6 hours, there is a concern that the surface of the mixture may not melt well. Conversely, when the first heat treatment temperature exceeds 1,200°C or the first heat treatment time exceeds 12 hours, the mixtures may react with each other to form a different composition locally, and the size of the crystal grains may be excessively large. It is not desirable.

2차 열처리Secondary heat treatment

2차 열처리 단계(S130)에서는 펠렛을 2차 열처리하여 소결체를 형성한다.In the second heat treatment step (S130), the pellet is subjected to a second heat treatment to form a sintered body.

2차 열처리는 1,500 ~ 1,700℃에서 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 2차 열처리 온도가 1,500℃ 미만이거나, 또는 2차 열처리 시간이 5시간 미만일 경우에는 결정화가 제대로 이루어지지 못하는 관계로 상대밀도가 낮아질 우려가 크다. 반대로, 2차 열처리 온도가 1,700℃를 초과하거나, 또는 2차 열처리 시간이 10시간을 초과할 경우에는 산화물의 평균입경이 커지고 기공의 성장으로 강도를 떨어뜨리며, 더 이상의 효과 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람지하지 못하다.The secondary heat treatment is preferably performed at 1,500 to 1,700°C for 5 to 10 hours. If the secondary heat treatment temperature is less than 1,500° C. or the second heat treatment time is less than 5 hours, there is a high concern that the relative density may be lowered due to poor crystallization. Conversely, if the secondary heat treatment temperature exceeds 1,700°C or the second heat treatment time exceeds 10 hours, the average particle diameter of the oxide increases and the strength decreases due to the growth of pores, and only increases the manufacturing cost without any further effect. It can act as a factor, so it is not desirable.

환원 열처리Reduction heat treatment

환원 열처리 단계(S140)에서는 소결체를 환원분위기에서 환원 열처리하여 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조의 금속산화물을 형성한다.In the reduction heat treatment step (S140), the sintered body is subjected to reduction heat treatment in a reducing atmosphere to form a metal oxide having a perovskite structure in which praseodynium is substituted.

환원 열처리는 5 ~ 10 중량%의 H2 분위기에서 1,500 ~ 1,800℃ 조건으로 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 이때, H2가 5 중량% 미만일 경우에는 환원 공정이 원활하게 수행되지 않아 프라세오디뮴이 치환되지 못하는 문제가 있다. 반대로, H2가 10 중량%를 초과할 경우에는 에너지 효율의 측면에서 과량의 수소가 사용되는 문제가 있으므로, 경제적이지 못하다.The reduction heat treatment is preferably carried out for 5 to 10 hours under conditions of 1,500 to 1,800° C. in an H 2 atmosphere of 5 to 10 wt %. In this case, when H 2 is less than 5% by weight, there is a problem in that praseodymium cannot be substituted because the reduction process is not performed smoothly. Conversely, when H 2 exceeds 10% by weight, there is a problem in that an excess of hydrogen is used in terms of energy efficiency, and thus it is not economical.

또한, 환원 열처리 온도가 1,500℃ 미만이거나, 또는 환원 열처리 시간이 5시간 미만일 경우에는 프라세오디뮴이 원활히 치환되지 못하는 문제가 있다. 반대로, 환원 열처리 온도가 1,800℃를 초과하거나, 또는 환원 열처리 시간이 10시간을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조비용만을 증가시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.In addition, when the reduction heat treatment temperature is less than 1,500° C. or the reduction heat treatment time is less than 5 hours, there is a problem in that praseodymium is not smoothly substituted. Conversely, when the reduction heat treatment temperature exceeds 1,800°C or the reduction heat treatment time exceeds 10 hours, it is not economical because it acts as a factor that increases only the manufacturing cost without any further effect.

본 단계 이후, 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조의 금속산화물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는다.After this step, the metal oxide of the perovskite structure in which praseodynium is substituted has a structure represented by the following Formula 1 or Formula 2.

[화학식 1][Formula 1]

PrxSr1-yTiO3+z Pr x Sr 1-y TiO 3+z

(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

[화학식 2][Formula 2]

PrxSr1-1.5yTiO3-z Pr x Sr 1-1.5y TiO 3-z

(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

위의 화학식 1로 표시되는 금속산화물은 산소과잉 구조에 해당하고, 화학식 2로 표시되는 금속산화물은 산소결핍 구조에 해당한다.The metal oxide represented by Formula 1 above corresponds to an oxygen-excessive structure, and the metal oxide represented by Formula 2 corresponds to an oxygen-deficient structure.

이와 같이, 본 발명에서는 산화 및 환원 공정을 통하여 산소결핍 및 산소과잉 조건을 조절하여 원하는 성능을 조절할 수 있게 된다.As described above, in the present invention, it is possible to control desired performance by controlling oxygen deficiency and oxygen excess conditions through oxidation and reduction processes.

이에 따라, 고온에서도 우수한 성능을 발휘하여 백금과 같은 귀금속을 대체할 수 있는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 제조할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to produce a perovskite-structured metal oxide substituted with praseodymium, which can replace noble metals such as platinum by exhibiting excellent performance even at high temperatures.

이 결과, 본 발명은 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 제공하는 것에 의해, 값비싼 귀금속을 대체하는 것이 가능하므로 제조원가를 절감하면서도 전기전도도 등의 우수한 성능 향상 효과를 도모할 수 있다.As a result, since the present invention provides a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium, it is possible to replace expensive precious metals, thereby reducing manufacturing costs and achieving excellent performance improvement effects such as electrical conductivity.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 이용한 고체산화물 전극은 고체산화물 연료전지 및 가스 센서 중 어느 하나의 전극으로 사용될 수 있다.As described so far, the solid oxide electrode using the perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium prepared by the method according to the embodiment of the present invention can be used as any one of a solid oxide fuel cell and a gas sensor. .

이하에서는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 이용한 고체산화물 전극이 적용된 가스 센서를 일 예로 설명하도록 한다.Hereinafter, a gas sensor to which a solid oxide electrode using a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium is applied will be described as an example.

도 2는 제한전류형 가스센서를 나타낸 단면도이고, 도 3은 제한전류형 가스센서의 상부를 나타낸 사시도이다.2 is a cross-sectional view showing a limited current type gas sensor, and FIG. 3 is a perspective view showing an upper portion of the limited current type gas sensor.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제한전류형 가스센서(100)는 이온 전도체 역할을 하는 고체 전해질(110)과, 고체 전해질(110)의 상면 및 하면 각각에 배치된 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 포함한다.2 and 3, the limited current type gas sensor 100 includes a solid electrolyte 110 serving as an ion conductor, and a first electrode 120 disposed on the upper and lower surfaces of the solid electrolyte 110, respectively. ) And a second electrode 130.

또한, 제한전류형 가스센서(100)는 고체 전해질(110)의 상면에 구비되되, 외부 기체가 고체 전해질(110)로 유입되게 하는 확산 구멍(141)과, 외부 기체가 확산되는 내부 공간(142)을 갖는 가스 확산 장벽(140)을 더 포함할 수 있다.In addition, the limited current type gas sensor 100 is provided on the upper surface of the solid electrolyte 110, a diffusion hole 141 through which an external gas flows into the solid electrolyte 110, and an internal space 142 through which the external gas is diffused. A gas diffusion barrier 140 having) may be further included.

제한전류형 가스센서(100)는 고체 전해질(110)로서 산화이트륨(Y2O3)을 첨가물로 하는 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia: YSZ)를 사용할 수 있다. 추가적으로, 고체 전해질(110)을 일정 온도로 설정하기 위해 가스 확산 장벽(140))의 외측에 히터(미도시)가 구비될 수 있다.The limiting current type gas sensor 100 may use yttria stabilized zirconia (YSZ) containing yttrium oxide (Y2O 3) as an additive as the solid electrolyte 110. Additionally, a heater (not shown) may be provided outside the gas diffusion barrier 140 to set the solid electrolyte 110 to a predetermined temperature.

제한전류형 가스센서(100)는 제1 및 제2 전극(120, 130) 사이에 전압의 인가로 인해 전압에 비례해서 출력 전류가 고체 전해질(110)에 흐르도록 하는 구조로 되어 있다.The limiting current type gas sensor 100 has a structure in which an output current flows through the solid electrolyte 110 in proportion to the voltage due to the application of a voltage between the first and second electrodes 120 and 130.

또한, 제한전류형 가스센서(100)는 전압이 상승하면 출력 전류가 포화되고, 포화 영역에서의 출력 전류를 한계 전류라고 한다. 출력 전류의 크기는 산소 농도와 관련이 있다. 따라서, 제한전류형 가스센서(100)는 전압에 따라 얻어진 한계 전류 값으로부터 산소 농도를 검지하고 측정하는 것을 가능하게 한다.Further, in the limited current type gas sensor 100, when the voltage increases, the output current is saturated, and the output current in the saturation region is referred to as a limit current. The magnitude of the output current is related to the oxygen concentration. Accordingly, the limiting current type gas sensor 100 makes it possible to detect and measure the oxygen concentration from the limit current value obtained according to the voltage.

제한전류형 가스센서(100)의 고체 전해질(110)에서의 전류 흐름은 산소 이온의 이동에 근거하고 전압 및 온도에 의존하는 전류 값을 갖는다. 따라서, 제한전류형 가스센서(100)는 대략 650 ~ 800℃의 온도로 설정되고 전압을 인가한다.The current flow in the solid electrolyte 110 of the limited current type gas sensor 100 is based on the movement of oxygen ions and has a current value that is dependent on voltage and temperature. Therefore, the limiting current type gas sensor 100 is set to a temperature of approximately 650 to 800°C and applies a voltage.

전술한 바와 같이, 제1 및 제2 전극(120, 130)은 종래에는 다공질의 백금(Pt) 또는 은(Ag)으로 이루어져, 센서 감지 성능을 향상시키는데 한계가 있고, 센서를 제조하기 위한 공정 비용이 많이 드는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 제한전류형 가스센서(100)의 제1 및 제2 전극(120, 130)으로 프라세오딤윰이 치환된 페로브스카이트 구조의 Pr-Sr-Ti계 금속산화물을 전극으로 사용하게 되면, 센서 감지 성능을 향상시킬 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있게 된다.As described above, the first and second electrodes 120 and 130 are conventionally made of porous platinum (Pt) or silver (Ag), and there is a limit to improving the sensor sensing performance, and the process cost for manufacturing the sensor I had this a lot of trouble. However, as in the present invention, a Pr-Sr-Ti-based metal oxide having a perovskite structure in which praseodymium is substituted with the first and second electrodes 120 and 130 of the limited current type gas sensor 100 When used as an electrode, sensor sensing performance can be improved and manufacturing cost can be reduced.

제1 및 제2 전극(120, 130)은 제1 및 제2 리드선(121, 131)에 각각 접속되어 있다. 제1 및 제2 리드선(121, 131)은 전압을 인가하기 위해 전원부(150)에 접속되어 있다. 전원부(150)는 전류계와 직렬로, 전압계에 병렬로 접속되어 있다.The first and second electrodes 120 and 130 are connected to the first and second lead wires 121 and 131, respectively. The first and second lead wires 121 and 131 are connected to the power supply unit 150 to apply a voltage. The power supply unit 150 is connected in series with the ammeter and in parallel with the voltmeter.

이러한 제한전류형 가스센서(100)에서 가스 확산 장벽(140)의 상부 중앙에는 확산 구멍(141)이 형성되어 있고, 하부에는 고체 전해질(110)이 구비된다. 또한, 제한전류형 가스센서(100)에서 가스 확산 장벽(140)의 하부에는 고체 전해질(110)이 구비되고, 고체 전해질(110)의 하부에는 제2 전극(130)이 구비되며, 제2 전극(130)은 제2 리드선(131)에 연결된다.In this limited current type gas sensor 100, a diffusion hole 141 is formed in the upper center of the gas diffusion barrier 140, and a solid electrolyte 110 is provided at the lower portion. In addition, in the limited current type gas sensor 100, a solid electrolyte 110 is provided under the gas diffusion barrier 140, a second electrode 130 is provided under the solid electrolyte 110, and a second electrode 130 is connected to the second lead wire 131.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극은 산화 및 환원 공정을 통하여 산소결핍 및 산소과잉 조건을 조절하여 원하는 성능을 조절하는 것에 의해, 고온에서도 우수한 성능을 발휘하여 백금과 같은 귀금속을 대체할 수 있다.As described so far, the praseodymium-substituted perovskite structure metal oxide and its manufacturing method, and the solid oxide electrode using the same according to an embodiment of the present invention control oxygen deficiency and oxygen excess conditions through oxidation and reduction processes. Thus, by controlling the desired performance, excellent performance can be exhibited even at high temperatures, and noble metals such as platinum can be replaced.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극은 값비싼 귀금속을 대체하는 것이 가능하므로 제조원가를 절감하면서도 전기전도도 등의 우수한 성능 향상 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, since the praseodymium-substituted perovskite structure metal oxide and the method of manufacturing the same, and the solid oxide electrode using the same can replace expensive precious metals, the manufacturing cost can be reduced while reducing the manufacturing cost. Excellent performance improvement effect can be achieved.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 고체산화물 전극은 우수한 전기전도도 및 고온 안정성을 바탕으로 한 전극의 성능 향상으로 저항을 감소시켜 중저온 영역에서도 높은 효율을 유지할 수 있으므로 고체산화물 연료전지 및 가스센서 등의 전극으로 활용하기 적합하다.In addition, the praseodymium-substituted perovskite structure metal oxide according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same, and a solid oxide electrode using the same, reduce resistance by improving electrode performance based on excellent electrical conductivity and high temperature stability. Therefore, it is suitable for use as an electrode such as a solid oxide fuel cell and gas sensor because it can maintain high efficiency even in the middle and low temperature range.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this has been presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Contents not described herein can be sufficiently technically inferred by those skilled in this technical field, and thus description thereof will be omitted.

1. 시료 제조1. Sample preparation

실시예 1Example 1

Pr6O11, SrN2O6, Cu(NO3)2 및 TiO2를 화학양론비에 따라 칙량한 후, 아세톤에 용해시킨 후 40kHz 조건으로 30분 동안 초음파를 조사하면서 150℃로 가열하여 아세톤을 증발시켜 혼합물을 제조하였다.After weighing Pr 6 O 11 , SrN 2 O 6 , Cu(NO 3 ) 2 and TiO 2 according to the stoichiometric ratio, dissolving in acetone and heating to 150℃ while irradiating ultrasonic waves for 30 minutes under 40kHz condition to acetone A mixture was prepared by evaporation.

다음으로, 혼합물을 1,100℃에서 8시간 동안 1차 열처리한 후 분쇄하여 펠렛을 제조하였다.Next, the mixture was subjected to primary heat treatment at 1,100° C. for 8 hours and then pulverized to prepare a pellet.

다음으로, 펠렛을 1,600℃에서 7 시간 동안 2차 열처리하여 소결체를 제조하였다.Next, the pellet was subjected to secondary heat treatment at 1,600° C. for 7 hours to prepare a sintered body.

다음으로, 소결체를 5wt%의 H2 분위기에서, 1,600℃ 조건으로 9시간 동안 환원 열처리하여 Pr0.4Sr0.4TiO3.1로 조성되는 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.Next, the sintered body was subjected to reduction heat treatment at 1,600°C for 9 hours in a 5wt% H 2 atmosphere to prepare a metal oxide substituted with praseodymium composed of Pr 0.4 Sr 0.4 TiO 3.1.

실시예 2Example 2

화학식 1에서 x 및 y가 0.3을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.3Sr0.3TiO3.1로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 1, a metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.3, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.3 Sr 0.3 TiO 3.1.

실시예 3Example 3

화학식 1에서 x 및 y가 0.2를 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.2Sr0.2TiO3.1로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 1, a metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.2, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.2 Sr 0.2 TiO 3.1.

실시예 4Example 4

화학식 1에서 x 및 y가 0.1을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.1Sr0.1TiO3.1로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 1, a metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Example 1, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.1, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.1 Sr 0.1 TiO 3.1.

실시예 5Example 5

Pr6O11, SrN2O6, Cu(NO3)2 및 TiO2를 화학양론비에 따라 칙량한 후, 아세톤에 용해시킨 후 40kHz 조건으로 40분 동안 초음파를 조사하면서 170℃로 가열하여 아세톤을 증발시켜 혼합물을 제조하였다.Pr 6 O 11 , SrN 2 O 6 , Cu(NO 3 ) 2 and TiO 2 were weighed according to the stoichiometric ratio, dissolved in acetone, and heated to 170°C while irradiating ultrasonic waves for 40 minutes at 40 kHz. A mixture was prepared by evaporation.

다음으로, 혼합물을 1,100℃에서 7시간 동안 1차 열처리한 후 분쇄하여 펠렛을 제조하였다.Next, the mixture was subjected to primary heat treatment at 1,100° C. for 7 hours and then pulverized to prepare a pellet.

다음으로, 펠렛을 1,650℃에서 9시간 동안 2차 열처리하여 소결체를 제조하였다.Next, the pellet was subjected to secondary heat treatment at 1,650° C. for 9 hours to prepare a sintered body.

다음으로, 소결체를 5wt%의 H2 분위기에서, 1,600℃ 조건으로 8시간 동안 환원 열처리하여 Pr0.4Sr0.4TiO2.9로 조성되는 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.Next, the sintered body was subjected to reduction heat treatment at 1,600°C for 8 hours in a 5wt% H 2 atmosphere to prepare a metal oxide substituted with praseodymium composed of Pr 0.4 Sr 0.4 TiO 2.9.

실시예 6Example 6

화학식 2에서 x 및 y가 0.3을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.3Sr0.55TiO2.9로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 2, a metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Example 5, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y were respectively 0.3, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.3 Sr 0.55 TiO 2.9.

실시예 7Example 7

화학식 2에서 x 및 y가 0.2를 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.2Sr0.7TiO2.9로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 2, a metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Example 5, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.2, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.2 Sr 0.7 TiO 2.9.

실시예 8Example 8

화학식 2에서 x 및 y가 0.1을 각각 갖도록 화학양론비를 조절하여, Pr0.1Sr0.85TiO2.9로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.In Chemical Formula 2, a metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Example 5, except that the stoichiometric ratio was adjusted so that x and y each had 0.1, and the composition was controlled to be composed of Pr 0.1 Sr 0.85 TiO 2.9.

비교예 1Comparative Example 1

Pr6O11, SrN2O6 및 TiO2를 화학양론비에 따라 칙량한 후, 아세톤에 용해시킨 후 30kHz 조건으로 40분 동안 초음파를 조사하면서 150℃로 가열하여 아세톤을 증발시켜 혼합물을 제조하였다.Pr 6 O 11 , SrN 2 O 6 and TiO 2 were weighed according to the stoichiometric ratio, dissolved in acetone, and heated to 150° C. while irradiating ultrasonic waves for 40 minutes at 30 kHz to evaporate acetone to prepare a mixture. .

다음으로, 혼합물을 1,100℃에서 7시간 동안 1차 열처리한 후 분쇄하여 펠렛을 제조하였다.Next, the mixture was subjected to primary heat treatment at 1,100° C. for 7 hours and then pulverized to prepare a pellet.

다음으로, 펠렛을 1,500℃에서 10 시간 동안 2차 열처리하여 Pr0.3Sr0.3TiO3로 조성되는 금속산화물을 제조하였다.Next, the pellet was subjected to secondary heat treatment at 1,500° C. for 10 hours to prepare a metal oxide composed of Pr 0.3 Sr 0.3 TiO 3.

비교예 2Comparative Example 2

화학양론비를 조절하여, Pr0.2Sr0.2TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.A metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the stoichiometric ratio was controlled to be composed of Pr 0.2 Sr 0.2 TiO 3.

비교예 3Comparative Example 3

화학양론비를 조절하여, Pr0.1Sr0.1TiO3로 조성되도록 제어한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 프라세오디뮴이 치환된 금속산화물을 제조하였다.A metal oxide substituted with praseodymium was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the stoichiometric ratio was controlled to be composed of Pr 0.1 Sr 0.1 TiO 3.

2. 결정 구조 관찰2. Observation of crystal structure

도 4는 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시료들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5는 실시예 5 ~ 8에 따라 제조된 시료들에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of samples prepared according to Examples 1 to 4, and FIG. 5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of samples prepared according to Examples 5 to 8. This is the graph shown.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, XRD 측정 결과를 통하여 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 8에 따라 제조된 시료들은 페로브스카이트 구조를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.5 and 6, as can be seen through the XRD measurement results, it can be seen that the samples prepared according to Examples 1 to 8 exhibit a perovskite structure.

3. 물성 평가3. Property evaluation

도 6은 실시예 1 ~ 2, 4, 6 ~ 8과 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시료들에 대한 전기전도도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing electrical conductivity measurement results for samples prepared according to Examples 1 to 2, 4, 6 to 8 and Comparative Examples 1 to 3.

도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 2, 4, 6 ~ 8에 따라 제조된 시료들의 경우, 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시료들에 비하여 전기전도도가 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6, in the case of samples prepared according to Examples 1 to 2, 4, and 6 to 8, it can be seen that electrical conductivity is significantly improved compared to the samples prepared according to Comparative Examples 1 to 3.

특히, 실시예 1 ~ 2, 4에 따라 제조된 시료들이 실시예 6 ~ 8에 비하여 전기전도도 특성 면에서 보다 우수한 결과를 나타내는 것을 확인하였다.In particular, it was confirmed that the samples prepared according to Examples 1 to 2 and 4 exhibited superior results in terms of electrical conductivity characteristics compared to Examples 6 to 8.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments of the present invention, various changes or modifications can be made at the level of those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications may be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the technical idea provided by the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be determined by the claims set forth below.

S110 : 혼합물 형성 단계
S120 : 1차 열처리 단계
S130 : 2차 열처리 단계
S140 : 환원 열처리 단계
S110: mixture formation step
S120: 1st heat treatment step
S130: 2nd heat treatment step
S140: reduction heat treatment step

Claims (13)

(a) 프라세오디뮴 전구체, 스트론튬 전구체 및 티타늄 전구체를 용매에 용해시킨 후 초음파를 조사하면서 가열하여 혼합물을 형성하는 단계;
(b) 상기 혼합물을 1차 열처리하고 분쇄하여 펠렛을 형성하는 단계;
(c) 상기 펠렛을 2차 열처리하여 소결체를 형성하는 단계; 및
(d) 상기 소결체를 환원분위기에서 환원 열처리하여 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조의 금속산화물을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
(a) dissolving a praseodymium precursor, a strontium precursor, and a titanium precursor in a solvent and heating while irradiating ultrasonic waves to form a mixture;
(b) subjecting the mixture to primary heat treatment and grinding to form pellets;
(c) forming a sintered body by secondary heat treatment of the pellets; And
(d) forming a metal oxide having a perovskite structure in which praseodynium is substituted by reducing heat treatment in a reducing atmosphere;
Praseodynium-substituted perovskite structure metal oxide manufacturing method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계 이후,
상기 금속산화물은
하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.

[화학식 1]
PrxSr1-yTiO3+z
(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)

[화학식 2]
PrxSr1-1.5yTiO3-z
(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)
The method of claim 1,
After step (d),
The metal oxide is
A method for producing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium, which is represented by the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2.

[Formula 1]
Pr x Sr 1-y TiO 3+z
(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

[Formula 2]
Pr x Sr 1-1.5y TiO 3-z
(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 프라세오디뮴 전구체는
Pr6O11 및 Pr2O3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
The method of claim 1,
In step (a),
The praseodymium precursor is
Pr 6 O 11 and Pr 2 O 3 Praseodynium-substituted perovskite structure metal oxide manufacturing method comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 스트론튬 전구체는
SrN2O6, SrCO3 및 SrSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
The method of claim 1,
In step (a),
The strontium precursor is
SrN 2 O 6 , SrCO 3 and SrSO 4 Praseodynium-substituted perovskite structure metal oxide production method comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 티타늄 전구체는
TiO2, TiCl4 및 TiOCl2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
The method of claim 1,
In step (a),
The titanium precursor is
TiO 2 , TiCl 4 and TiOCl 2 Praseodynium-substituted perovskite structure metal oxide manufacturing method comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 초음파 조사는
10 ~ 60kHz 조건으로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
The method of claim 1,
In step (a),
The ultrasonic irradiation is
Praseodynium-substituted perovskite structure metal oxide manufacturing method, characterized in that carried out for 1 to 60 minutes under the conditions of 10 to 60 kHz.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 1차 열처리는
1,000 ~ 1,200℃에서 6 ~ 12 시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
The method of claim 1,
In step (b),
The primary heat treatment is
A method for producing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodynium, characterized in that carried out at 1,000 to 1,200°C for 6 to 12 hours.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 2차 열처리는
1,500 ~ 1,700℃에서 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
The method of claim 1,
In step (c),
The secondary heat treatment is
Praseodynium-substituted perovskite structure metal oxide production method, characterized in that carried out for 5 to 10 hours at 1,500 ~ 1,700 ℃.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 환원 열처리는
5 ~ 10 중량%의 H2 분위기에서 1,500 ~ 1,800℃ 조건으로 5 ~ 10시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 프라세오디늄이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물 제조 방법.
The method of claim 1,
In step (d),
The reduction heat treatment is
A method for producing a perovskite structure metal oxide substituted with praseodynium, characterized in that it is carried out for 5 to 10 hours under conditions of 1,500 to 1,800°C in an H 2 atmosphere of 5 to 10% by weight.
하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물.

[화학식 1]
PrxSr1-yTiO3+z
(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)

[화학식 2]
PrxSr1-1.5yTiO3-z
(여기서, x는 0 초과 ~ 0.4 이하이고, y는 0.1 ~ 0.4이며, z는 0 ~ 0.3의 정수임.)
Praseodymium-substituted perovskite structure metal oxide, characterized in that represented by the following Chemical Formula 1 or the following Chemical Formula 2.

[Formula 1]
Pr x Sr 1-y TiO 3+z
(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)

[Formula 2]
Pr x Sr 1-1.5y TiO 3-z
(Where x is more than 0 ~ 0.4 or less, y is 0.1 ~ 0.4, z is an integer of 0 ~ 0.3.)
제10항에 있어서,
상기 금속산화물은
상기 화학식 1로 표시되는 산소결핌 또는 상기 화학식 2로 표시되는 산소과잉을 선택적으로 조절하는 것에 의해 성능 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물.
The method of claim 10,
The metal oxide is
A perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium, characterized in that performance control is possible by selectively controlling oxygen deficiency represented by Formula 1 or excess oxygen represented by Formula 2.
제10항에 기재된 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 이용한 고체산화물 전극.
A solid oxide electrode using the perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium according to claim 10.
제12항에 있어서,
상기 고체산화물 전극은
고체산화물 연료전지 및 가스 센서 중 어느 하나의 전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 프라세오디뮴이 치환된 페로브스카이트 구조 금속산화물을 이용한 고체산화물 전극.
The method of claim 12,
The solid oxide electrode is
A solid oxide electrode using a perovskite structure metal oxide substituted with praseodymium, which is used as an electrode of any one of a solid oxide fuel cell and a gas sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0641749A1 (en) * 1993-09-03 1995-03-08 Ngk Insulators, Ltd. Porous sintered bodies and solid oxide fuel cells using such porous sintered bodies as air electrodes
KR20120135463A (en) * 2011-05-31 2012-12-14 삼성전자주식회사 Cathode material for fuel cell, and cathode for fuel cell and solid oxide fuel cell including the material

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