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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

오성국 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수
안지환
발행연도
2017
저작권
서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수2

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

2018

SDC-YSZ-SDC 샌드위치 구조 전해질을 이용한 다공성 기판 지지형 저온구동형 고체산화물 연료전지
오성국 ,  김형준 ,  고도현 외 3명 대한기계학회 춘추학술대회 2018.04 학술대회자료

2017

고출력 저온 고체 산화물 연료전지를 위한 원자층 증착법이 적용된 샌드위치 구조 박막 전해질 개발
오성국 2017.01 학위논문

2016

스퍼터로 증착한 GDC 상위층에 의한 저온 고체 산화물 연료전지의 열적 내구성 향상
오성국 ,  홍순욱 ,  유진근 외 2명 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2016.05 학술대회자료

2015

저온 산화물 연료전지의 공기극 GDC 상단층을 이용한 전극 성능 향상
오성국 ,  홍순욱 ,  김형준 외 2명 대한기계학회 춘추학술대회 2015.11 학술대회자료

초록· 키워드

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고체산화물 연료전지 (Solid oxide fuel cells, SOFC) 는 친환경성, 고효율성, 연료 유연
성으로 인해 차세대 에너지 변환 장치로 주목받는 에너지 변환장치이다. 하지만 고온에
서 작동하는 기존의 SOFC 의 단점인 낮은 내구성, 값비싼 단열재 등의 단점으로 인해
저온 구동형 SOFC (Low temperature-SOFC, LT-SOFC) 가 활발히 연구되고 있다. 본 연
구에서는 화학적으로 안정하며 연료전지에 일반적으로 사용 되어져 왔던 이트리아 안정
화 지르코니아 (Yttria stabilized zirconia, YSZ) 와 화학적으로 불안정 하지만 전극-전해
질 계면에서 전기화학적 반응성을 올려주는 사마리아가 도핑된 세리아 (Samria doped
ceria, SDC)를 사용하여 다공성 구조 지지체 (Porous substrate support) 중 하나인 양극
알루미늄 산화물 (Anodized aluminium oxide, AAO) 를 사용한 저온에서 구동하는 박막형
연료전지 (Thin film-SOFC, TF-SOFC)를 연구하였다. 또한 박막 전해질을 제작하기 위해
물리적 기상 증착 (Physical vapor deposition, PVD) 장비인 스퍼터 (Sputter) 와 화학적
기상 증착 (Chemical vapor deposition, CVD) 장비인 원자층 증착기 (Atomic layer
deposition, ALD) 를 사용하였다.
각 전해질 물질과 공정이 TF-SOFC의 성능에 끼치는 영향을 알아보기 위해 Sputtered
YSZ, Sputtered YSZ & SDC, Sputter YSZ & ALD YSZ, Sputtered SDC, Sputtered SDC &
ALD YSZ 의 전해질을 각각 가진 샘플을 제작 하여 연료전지 성능 측정을 진행 하였다. 이 실험을 통하여 얻은 물질-공정간 조합시의 특성을 이용해 박막 전해질의 최적화 구
조인 SDC-YSZ-SDC 샌드위치 구조를 디자인, 제작 하여 다른 구조들과 비교 하였다. 이
를 통해 샌드위치 구조 전해질을 사용한 TF-SOFC 셀이 최고 성능인 562mW/cm2 를 기록
하여 다른 구조를 가진 셀에 비해 높은 성능을 보였으며 지금까지 나온 AAO 기반
TF-SOFC중 가장 높은 성능을 기록하였음을 확인하였다.
#Low temperature solid oxide fuel cell #Thin film electrolyte #Atomic layer deposition

목차

목 차
요약 i
표 목차 iv
그림 목차 iv
I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 목적 1
II. 이론적 고찰 6
1. 박막 증착 공정 6
1) Atomic layer deposition (ALD) 6
2) Sputter 7
2. 이온 전도성 전해질 물질 7
1) Yttria stabilized zirconia (YSZ) 7
2) Samaria doped ceria (SDC) 8
3. 고체 산화물 연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell) 10
III. 실험 장치 및 실험 방법 14
1. 실험 분류 14
1) 전해질 물질 및 박막 공정 조합에 따른 전해질 성능 연구 14
2) TF-SOFC에 최적화된 샌드위치 구조 전해질 개발 14
2. 실험 방법 15
1) 박막 증착 공정 15
2) 샘플 제조 15
3) 전기화학적 분석 18
4) 화학적 분석 19
5) 형상학적 분석 19
IV. 실험 결과 및 고찰 20
1. 전해질 물질 및 박막 공정 조합에 따른 전해질 성능 연구 20
1) Sputter-YSZ 와 Sputter-SDC 전해질 20
2) Sputter-YSZ + Sputter-SDC 와 Sputter-YSZ + ALD-YSZ 전해질 23
2. TF-SOFC에 최적화된 샌드위치 구조 전해질 개발 26
1) TEM-EDS mapping 26
2) OCV 및 I-V-P 그래프 분석 29
3) Electrochemical impedance spectroscopy 31
4) Morphological analysis 33
V. 결 론 37
참고문헌 38
영문초록(Abstract) 41
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