저온 작동을 위한 연료극 지지형 박막 고체산화물 연료전지 공정에 관한 연구

Abstract

본 연구는 고체산화물 연료전지의 저온 작동을 위한 연료극 지지형 박막 고체산화물 연료전지의 제작 공정에 관한 것이다. 고체산화물 연료전지의 작동 온도를 낮추기 위한 연구는 최근 들어 세계적으로 많은 연구기관에서 이루어지고 있는데, 이는 높은 작동 온도에서 발생하는 촉매 열화 현상, 스택이나 시스템에서 발생하는 thermal expansion coefficient 차이에서 발생하는 크랙, 인터코넥트 물질 선택에서의 제한, heat engineering 등의 문제를 해결하기 위한 가장 현실적인 대안으로 제시되고 있다. 본 연구에서 제시하는 단위전지 제작 공정은 크게 연료극 기판 제작, 박막 전해질 코팅, 그리고 공기극 코팅으로 나뉜다. 연료극 기판의 경우 공정 비용이 저렴하고 대면적화가 용이한 Tape casting 공정을 기계적 강도를 지니는 기판으로서 마련하고, 박막 전해질을 코팅하기 용이하며 전기화학적 성능을 높이기 위한 연료극 기능층으로서 spin coating을 사용한다. 전해질의 경우 대면적 증착이 가능하고, 전 면적에서 균일하며 나노스케일 단위에서 정밀한 두께 및 표면 구조 제어 능력을 지닌 radio-frequency sputtering 공정을 이용하여 수 마이크로 미터 이하의박막으로 코팅하였다. 마지막으로, 공기극은 screen printing 공정을 이용하여 코팅하였다. 이렇게 제작된 단전지의 전기화학적 성능을 측정하고, morphology에 대한 분석을 실시하였다.