중·저온형 고체산화물 연료전지 공기극의 적용을 위한 Sr이 치환된 이중층 페로브스카이트 기반 복합공기극 물질의 분말 크기 및 열 사이클에 따른 전기화학특성 분석

Abstract

본 연구에서는 Sr이 치환된 이중층 페로브스카이트(<TEX>$SmBa_{0.5}Sr_{0.5}Co_2O_{5+{\delta}}$</TEX>, SBSCO)와 전해질 물질로 사용되는 <TEX>$Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-{\delta}}$</TEX> (CGO91)을 기반으로 한 중 저온형 고체산화물 연료전지 (ITSOFC) 복합공기극의 분말 크기와 열 사이클에 대한 전기화학특성을 연구하였다. 복합공기극의 모체가 되는 SBSCO에 CGO91물질을 이용하여 면적비저항을 확인 한 결과 약 <TEX>$0.54\sim9.04{\mu}m$</TEX>의 분말 크기를 보이는 SBSCO와 <TEX>$0.4\sim42{\mu}m$</TEX>의 분말 크기를 보인 CGO91이 각각 50 wt%로 구성된 SBSCO : 50 복합공기극이 600 및 <TEX>$700^{\circ}C$</TEX>에서 약 0.102 및 <TEX>$0.013{\Omega}cm^2$</TEX>의 우수한 면적비 저항을 가지는 것을 확인 하였으며 상대적으로 분말 크기가 큰 CGO91 분말을 이용한 두 개의 공기극의 경우 <TEX>$700^{\circ}C$</TEX>에서 약 <TEX>$0.260{\Omega}cm^2$</TEX>와 <TEX>$0.055{\Omega}cm^2$</TEX>의 특성을 보여주었다. 10회에 걸친 열 사이클실험을 통하여 SBSCO : 50의 면적비저항은 <TEX>$0.0193{\Omega}cm^2$</TEX>에서 <TEX>$0.094{\Omega}cm^2$</TEX>로 증가하였으며 7회 이후의 면적비저항은 일정하게 유지됨을 확인하였다. The electrochemical characteristics from various particle sizes of <TEX>$Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-{\delta}}$</TEX> (CGO91) in composite cathode comprised of the samarium-strontium doped layered perovskite (<TEX>$SmBa_{0.5}Sr_{0.5}Co_2O_{5+{\delta}}$</TEX>) and CGO91 have been investigated for possible application as a cathode material for an intermediate temperature-operating solid oxide fuel cell (IT-SOFC). The area specific resistances (ASRs) of composite cathodes with CGO91 having smaller particle size (<TEX>$0.4\sim42{\mu}m$</TEX>) and SBSCO of 1 : 1 ratio (50wt% SBSCO and 50 wt% CGO91, SBSCO: 50) give the lowest ASR of <TEX>$0.10{\mu}cm^2$</TEX> at <TEX>$600^{\circ}C$</TEX> and <TEX>$0.013{\Omega}cm^2$</TEX> at <TEX>$700^{\circ}C$</TEX>. However, composite cathodes with having relatively bigger CGO91 particle size show the two times higher ASR results than those of SBSCO : 50. From the 10 times thermal cycles in SBSCO : 50, the ASRs of SBSCO : 50 increased from <TEX>$0.0193{\Omega}cm^2$</TEX> to <TEX>$0.094{\Omega}cm^2$</TEX> at <TEX>$700^{\circ}C$</TEX>, however, the ASR value was maintained after 7 times of thermal cycling.