박막 고체산화물 연료전지 GDC 확산방지층의 나노구조 및 밀도 제어를 통한 성능 최적화 연구

Abstract

박막 고체산화물 연료전지의 전해질 재료로 사용된 YSZ와 Cathode로 사용된 LSC는 연료전지 작동 도중 화학 반응이 일어난다. 이를 막기 위해 방지막 역할을 하는 GDC interlayer의 증착이 필요하다. 방지막으로서 GDC 증착에 앞서 산소환원반응(Oxygen reduction reaction, ORR) 증가시키기 위해 GDC interlayer의 입자크기를 조절하여 최적 의 공정변수를 찾기 위한 연구를 진행하였다. 압력에 따른 나노 구조와 입자 크기를 조절하기 위해 세라믹 GDC 타겟을 Sputtering 하여 증착 하였다. 인가 전력과 증착 거리를 고정 후 압력을 조절하여 나노 구조와 입자 크기를 확인하였다. 여러 조건에서 증착 후 기둥 모양의 단면을 가지며 입자 크기가 작 아 성능이 가장 좋은 Sputtering 공정변수를 확보하였다. 거리에 따른 나노 구조와 입자 크기를 조절하기 위해 세라믹 GDC타겟의 인가 전력 과 압력을 고정 후 증착 거리를 조정하여 박막의 구조를 확인하였다. 증착 후, 입자의 크기에 따른 성능을 평가하고 최적의 증착 거리를 찾아내었다. 거리와 압력에 따른 공정 변수를 더욱 최적화하기 위해 GDC Map을 제작하였다. 증착 압력과 증착 거리에 따라 선형적으로 입자의 크기가 변하는 것이 아니라는 것을 알게 되 었다. 입자 크기가 가장 작은 조건에서 1.762W/cm2의 최대 전력 밀도가 측정되었으며 입 자가 크기가 작아 짐에 따라 반응이 활발해져 성능이 증가한다는 것을 증명할 수 있었다.