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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 안지환
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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우수한 표면교환계수를 보유한 세리아 (CeO2, Cerium Oxide)는 높은 이온전도도 및 우수한 표면 교환 반응으로 인하여 저온에서 구동되는 고체산화물연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)의 성능을 개선하기 위한 물질로 많이 사용된다. 본 연구에서는 (i-PrCp)3Ce와 물을 이용한 ALD CeO2 공정을 연구 및 최적화 하였다. 그 결과, 200℃에서 약 3Å/cycle의 성장속도를 가진 공정을 도출하였다.
이트리아가 도핑된 지르코니아 (YSZ, yttria stabilized zirconia) 전해질의 공기극 면에 ALD CeO2공정을 도입하여 중간층을 가공하였으며, 그에 따른 성능 향상 및 내구성 개선에 대하여 연구하였다. 450℃의 작동환경에서, 중간층을 가공한 연료전지를 가공하지 않은 전지와 비교하였을 때 45%의 초기전력밀도가 증가하였다. 중간층을 가공한 전지의 교환전류밀도 (j0)와 전하 이동 계수 (α) 또한 가공하지 않은 전지와 비교하여 각각 76%와 35%씩 증가하였다. 더욱 중요한 점은 열적내구성의 증가로 인해 24시간 작동 후, 중간층을 가공한 전지의 최고전력밀도가 가공하지 않는 전지보다 약 20배가 높았다.
또한 중간층 가공과는 다른 방법으로, 공기극을 CeO2로 코팅하여 최고전력밀도 및 내구성을 개선시키는 연구를 진행하였다. 450℃의 작동환경에서, 공기극을 CeO2 5cycle로 코팅한 전지는 코팅하지 않은 전지와 비교하여 약 45%의 초기 최고전력밀도의 증가가 있었다. 또한 10시간 작동 후, 코팅한 전지가 코팅하지 않은 전지에 비하여 약 6.5배의 높은 최고전력밀도를 보인다는 것으로 보아 내구성 역시 개선되었다는 결론을 도출하였다.
이트리아가 도핑된 지르코니아 (YSZ, yttria stabilized zirconia) 전해질의 공기극 면에 ALD CeO2공정을 도입하여 중간층을 가공하였으며, 그에 따른 성능 향상 및 내구성 개선에 대하여 연구하였다. 450℃의 작동환경에서, 중간층을 가공한 연료전지를 가공하지 않은 전지와 비교하였을 때 45%의 초기전력밀도가 증가하였다. 중간층을 가공한 전지의 교환전류밀도 (j0)와 전하 이동 계수 (α) 또한 가공하지 않은 전지와 비교하여 각각 76%와 35%씩 증가하였다. 더욱 중요한 점은 열적내구성의 증가로 인해 24시간 작동 후, 중간층을 가공한 전지의 최고전력밀도가 가공하지 않는 전지보다 약 20배가 높았다.
또한 중간층 가공과는 다른 방법으로, 공기극을 CeO2로 코팅하여 최고전력밀도 및 내구성을 개선시키는 연구를 진행하였다. 450℃의 작동환경에서, 공기극을 CeO2 5cycle로 코팅한 전지는 코팅하지 않은 전지와 비교하여 약 45%의 초기 최고전력밀도의 증가가 있었다. 또한 10시간 작동 후, 코팅한 전지가 코팅하지 않은 전지에 비하여 약 6.5배의 높은 최고전력밀도를 보인다는 것으로 보아 내구성 역시 개선되었다는 결론을 도출하였다.
목차
- 요약 ⅰ표 목차 ⅱ그림 목차 ⅱI. 서 론 1II. 이론적 고찰 41. 원자층증착법(ALD, Atomic Layer Deposition) 소개 41) 원리 42) 특성 52. 고체산화물연료전지(SOFC ,Solid Oxide Fuel Cell) 소개 71) 원리 72) 특성 9III. 실험 장치 및 실험 방법 111. 실험분류 111) ALD 세리아(CeO2, Cerium Oxide) 공정 연구 112) Low Temperature SOFC (LT-SOFC) 적용에 대한 연구 112. 실험 방법 111) ALD CeO2 공정 연구 112) 박막 특성 분석 123) SOFC 제작 공정 124) SOFC 특성 분석 12IV. 실험 결과 및 고찰 131. ALD CeO2 공정연구 132. 박막 특성 분석 151) 전계방출형 주사전자현미경 152) 원자힘 현미경 173) X선 광전자 분광법 194) 투과전자현미경 215) X선 회절 분광법 233. CeO2 중간층을 가진 LT-SOFC 특성 분석 251) I-V-P(Current Voltage Power) 곡선 252) EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 분석 273) Tafel 분석 294) 고찰 314. 공기극을 CeO2로 코팅한 LT-SOFC 특성 분석 321) I-V-P 곡선 322) EIS 분석 343) Tafel 분석 364) 고찰 36V. 결 론 38참고문헌 39영문초록(Abstract) 42감사의 글
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