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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이윤호
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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본 연구에서는 기존에 수행된 실험을 바탕으로 Anode, 전해질, Cathode를 Sputtering 공정만을 가지고 All Ceramic Thin Film SOFC Cell을 제조하여 박막의 구조와 재료의 특성을 파악하여 저온에서 성능과 내구성을 연구하였다.
Anode 층은 다공성 기판인 AAO 위에 촉매 역할을 하는 Ni와 이온전도도가 높은 세라믹 YSZ를 Co-Sputtering 하여 증착하였다. Ni 타겟은 금속으로 DC Power 사용하여 높은 증착율로 다공성 구조를 만들기 유리하며 YSZ를 박막 성분에 추가하여 내구성과 이온전도도를 높였다. 여러 조건에서 증착 후 깃털 모양의 구조를 이루는 Sputtering 공정변수를 확보하였다.
Anode 다음으로 증착되는 전해질 층은 수소의 누출을 방지하고 이온전도도를 높이기 위해 치밀하고 다소 두꺼운 구조로 증착되어야 한다. 증착 시간 대비 증착율을 높이기 위해 YSZ 3” 타겟을 사용하여 증착 시간을 줄이고 치밀하고 두꺼운 박막을 증착하였다. 두께별로 성능을 평가하고 최적의 전해질 두께를 찾아내었다.
우선 Cathode 층은 세라믹 타겟의 낮은 증착률을 보완하기 위해 Reverse Co-Sputtering을 사용하여 LSC-YSZ 복합박막을 증착하였다. LSC를 첨가한 복합박막은 저온에서 산소 환원 및 빠른 산소 확산을 위한 높은 촉매 활성이 특징으로 내구성 또한 가지고 있다. 증착율이 높은 DC를 LSC 타겟에 사용하여 다공성 복합박막 Cathode를 증착하였지만 내구성 평가에서 성능 유지를 하지 못하고 감소하는 경향을 보였다.
Co-Sputtering을 RF Power Supply를 사용하여 LSC 조성비를 낮추고 다공성 구조로 증착하기 위해 임계전력의 조건에서 압력별로 증착하여 박막의 구조를 확인하였다. 결과 앞선 실험보다 다공성인 구조를 확보하였고 내구성 평가에서 약 3시간 50분 동안 성능을 유지하였다. 이는 다공성 주상 구조를 이룬 Zr/Y 단일 박막 Cathode보다 좋은 성능이므로 세라믹인 LSC를 첨가하였을 때 내구성이 높아지는 점을 증명할 수 있었다.
Anode 층은 다공성 기판인 AAO 위에 촉매 역할을 하는 Ni와 이온전도도가 높은 세라믹 YSZ를 Co-Sputtering 하여 증착하였다. Ni 타겟은 금속으로 DC Power 사용하여 높은 증착율로 다공성 구조를 만들기 유리하며 YSZ를 박막 성분에 추가하여 내구성과 이온전도도를 높였다. 여러 조건에서 증착 후 깃털 모양의 구조를 이루는 Sputtering 공정변수를 확보하였다.
Anode 다음으로 증착되는 전해질 층은 수소의 누출을 방지하고 이온전도도를 높이기 위해 치밀하고 다소 두꺼운 구조로 증착되어야 한다. 증착 시간 대비 증착율을 높이기 위해 YSZ 3” 타겟을 사용하여 증착 시간을 줄이고 치밀하고 두꺼운 박막을 증착하였다. 두께별로 성능을 평가하고 최적의 전해질 두께를 찾아내었다.
우선 Cathode 층은 세라믹 타겟의 낮은 증착률을 보완하기 위해 Reverse Co-Sputtering을 사용하여 LSC-YSZ 복합박막을 증착하였다. LSC를 첨가한 복합박막은 저온에서 산소 환원 및 빠른 산소 확산을 위한 높은 촉매 활성이 특징으로 내구성 또한 가지고 있다. 증착율이 높은 DC를 LSC 타겟에 사용하여 다공성 복합박막 Cathode를 증착하였지만 내구성 평가에서 성능 유지를 하지 못하고 감소하는 경향을 보였다.
Co-Sputtering을 RF Power Supply를 사용하여 LSC 조성비를 낮추고 다공성 구조로 증착하기 위해 임계전력의 조건에서 압력별로 증착하여 박막의 구조를 확인하였다. 결과 앞선 실험보다 다공성인 구조를 확보하였고 내구성 평가에서 약 3시간 50분 동안 성능을 유지하였다. 이는 다공성 주상 구조를 이룬 Zr/Y 단일 박막 Cathode보다 좋은 성능이므로 세라믹인 LSC를 첨가하였을 때 내구성이 높아지는 점을 증명할 수 있었다.
목차
국문 요약목 차제1장 서론1.1 연구 배경 ······················································································1제2장 연구목적2.1 연구 목적 ······················································································4제3장 실험 장치 및 증착 조건별 나노구조3.1 실험 장치3.1.1 스퍼터링 장비 ··········································································53.1.2 SOFC Cell 테스트 장비 ······························································73.2 실험 방법과 증착 조건별 나노구조 및 셀 테스트3.2.1 Co-Sputtering Ni & YSZ of Anode ···············································83.2.2 Dense thin film YSZ electrolyte ··················································133.2.3 Reverse Co-Sputtering LSC & YSZ of Cathode ·······························203.2.4 Co-Sputtering LSC & YSZ of Cathode ··········································25제4장 결론 ·····························································································38참고문헌 (References)Abstract
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