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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 안지환
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2023
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화석 연료의 무분별한 사용으로 인해 환경오염이 심해졌으며, 매장량이 한정적인 화석연료의 특성상 점점 화석 연료는 점점 고갈 되고 있다. 그러므로 대체에너지로서 신재생 에너지원들은 주목을 받기 시작하였다. 특히 연료전지는 부산물로 물 이외에 환경오염을 일으키는 물질들을 배출하지 않아 큰 관심을 받고 있다. 그 중에서도 고체 산화물 연료전지는 높은 효율성을 보여 많은 연구가 진행 되어 왔다. 그러나 고체산화물 연료전지는 세라믹 전해질의 낮은 산소 이온 전도도로 인해 고온 (800-1000℃)에서 구동하기 때문에 촉매의 열화 등 문제점이 발생 하였다. 따라서 본 학위 논문은 저온 (450℃)에서 고체 산화물 연료전지를 구동하기 위한 방법과 그 열적 내구성 향상을 목표로 수행한 연구 결과를 보고 하기 위해 작성 되었다. 첫째로 저온형 고체 산화물 연료전지에서 주로 사용 되는 백금 전극의 열적 내구성을 향상 시켜 장시간 구동이 가능한 연료전지 개발을 목표로 연구를 수행하였다. 백금 촉매는 저온에서도 촉매 반응이 가장 높은 물질이며 특히 단위 부피당 반응 표면적의 극대화를 위해 기공이 많은 구조로 제작이 되는데 이러한 다공성 구조는 열에 의해 쉽게 뭉치는 열화현상이 발생하기 쉽다. 이를 개선하기 위해 다공성 구조의 백금 촉매 위에 스퍼터링 공법을 이용하여 초박막 두께의 가돌리니아가 도핑 된 세륨 산화물 (Gadolinia Doped Ceria, GDC)를 capping layer로 증착하였다. 이를 통해 백금 전극의 열화현상을 방지하는 동시에 성능을 향상 시켰다. 둘째로 다공성 백금전극의 산소환원반응은 다공성 백금 전극과 전해질 계면과 가스가 만나는 삼상계면에서 주로 발생한다고 알려져 있다. 백금 전극 하단부의 열화현상을 막기 위하여 스퍼터링 공법의 특성을 이용하여 굴곡이 있는 사마리아가 도핑 된 세륨 산화물 (Samaria Doped Ceria, SDC)을 전해질과 전극 계면에 증착하였다. 이를 통해 기존 연료전지의 열적 내구성에 비해 열화의 내구도가 적게는 5배에서 많게는 10배(기존 연료전지의 성능 저하율 33%/시간, 개선된 연료전지의 성능 저하율 1.8-6%/시간)가 개선 된 연구 성과를 얻을 수 있었으며 10시간 이상의 열적 내구성 측정 실험에서도 성능을 유지하는 고체 산화물 연료전지의 개발이 가능하였다. 본 학위 논문은 저온에서 고체 산화물 연료전지의 열적 내구성을 향상시키기 위한 다양한 방법들을 포함하고 있다. 다공성 백금전극의 열화현상을 줄이면서 성능도 증가 시킬 수 있는 박막 제작 공정의 개발, 산소 환원 반응과 표면 반응 속도를 증가 시킬 수 있는 공기극/전해질 사이의 계면층 제작 연구 그리고 다공성 백금 촉매가 굴곡진 기판에서 어떤 형태로 열화 되는지 관한 연구를 진행하였다. 이를 학계에 보고 하여 고체 산화물 연료전지 연구에 기여하였으며, 향후 위 방법들을 토대로 열적 내구성이 향상된 고출력의 고체 산화물 연료전지 연구를 수행할 계획을 가지고 있다.
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