Fabrication of porous NiO/YSZ anode for YSZ electrolyte by Aerosol Flame Deposition (AFD)

Abstract

고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cells; SOFCs)는 800~1000℃에서 작동하며, 기존의 연료전지 중에서 가장 효율이 좋다. 그러나 고온의 작동온도는 전지 구성원들의 안정성, 연료와 공기의 접근용이성 등을 방해하므로, 작동온도를 낮추기 위해 전해질과 전극의 박막화에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 박막 전해질의 경우, 저온에서 높은 이온전도도를 보이며, 나노 이하 두께에서 치밀한 박막이 형성될 경우 800℃이하에서도 높은 전도도를 보인다. 본 실험에서는 YSZ(Yttria-stabilized Zirconia) 전해질 전지의 음극(anode)인 NiO/YSZ 복합체 박막을 AFD(Aerosol Flame Deposition)법으로 합성하였다. 수십 나노 크기의 음극 재료 분말을 박막화할 경우, 접근성이 용이해지고 분극현상으로 인한 저항 증가의 문제도 극복할 수 있어 SOFC의 작동온도를 낮추는데 크게 기여할 수 있다. AFD법은 precursor solution을 aerosol 상태로 만들어서 고온화염에 의한 산화반응을 통해 나노 수준의 초미세 산화물 입자를 합성하여 고온의 열처리 과정을 통해 박막을 제조하는 방법이다. 합성된 입자들은 1400℃에서 2시간동안 열처리하였다. XRD 구조 분석으로 NiO, YSZ의 peak을 얻을 수 있었고, SEM으로 기공을 형성하는 초미세 NiO과 YSZ 입자들을 관찰하였다.