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기술개요 - 용출 기술은 환원분위기에서 산화물 내부로부터 표면 위로 나노 입자를 성장시키는 방법으로 연료전지 전극의 반응활성면적 및 3상계면을 극대화할 수 있음. - 일반적으로, 두 전극과 전해질로 이뤄진 연료전지구조(공기극/전해질/연료극) 에서 전극은 스크린 프린팅, 테이프 캐스팅, 딥코팅 등 추가 세라믹 공정으로 형성한 후 용출을 통해 나노 입자를 표면위에 성장시킴으로 연료극을 구성함. - 프로톤 전도성 연료전지의 낮은 작동온도(400~600℃)에서는 용출 성장이 매우 제한되어 나노 입자 형성을 통한 성능향상을 기대하기 어려운 점이 있음. 발명개요 본 발명은 나노 촉매 용출을 위한 프로톤 전도성 전해질 소재의 화학적 조성, 연료극 층이 없는 연료전지 제작공정 및 프로톤 전도성 연료전지 적용을 위한 저온 용출이 가능한 방법(화학량론 제어, 용출 트리거 기법, 등)을 포함함. - 페롭스카이트 모상 조성: Ba_x(Zr,Ce,Y,Yb)_1-yM_yO_3 (0.8<x<1.05 , 0<y<0.2) M'':Ni, Co, Fe, Cu, Ru, Pt, Pd, Ir, Ag, Au, Rh 다양한 금속종류가 적용 가능함. (실험적으로는 Ni, Co, Fe, Cu, NiCu, CoCu, FeCu 용출이 확인되었음.) 소재합성 방법 (고상반응법) - 조성에 따라 Sol-gel 등 wet chemical 방법으로도 합성할 수 있음. 1. 각 금속에 대한 전구체( BaCO3, 등)를 설계한 페롭스카이트 조성에 맞게 정량한 후 Ethyl alcohol에서 스티어링을 통해 혼합. 2. 분말 혼합물은 건조 후 일축가압법으로 펠렛화하여 900-1100도씨 가소결을 진행함. 3. 가소결한 펠렛은 볼 밀링을 통한 분쇄 후 다시 펠렛화하여 1300-1500도씨 소결하여 페롭스카이트 산화물을 합성함. 단위전지 제작 방법1 (프레싱 및 폴리싱 공정) 1. 펠렛화하여 합성한 본 소재를 전해질 지지체로 사용함. 2. 펠렛을 200-500μm 두께로 폴리싱함. 3. 볼밀링으로 공기극 소재를 페이스트화 하여 펠렛의 한 면에 공기극 페이스트를 스크린 프린팅 한 후 1000-1300도씨 소결하여 단위전지를 제작함. 단위전지 제작방법2 (테이프 캐스팅 공정) 1. 고상반응법 등으로 합성한 용출 소재는 Plenetary ball milling 공정을 통해 2 마이크론 이하로 분쇄함 2. 에탄올-톨루엔 분산매, PVB (바인더), 분산제, DBP (가소제)를 Ball mill을 통해 혼합하여 슬러리를 제작함 3. 제작한 슬러리를 이용한 테이프 캐스팅을 통해 약 100 마이크로미터 두께의 green sheet를 제작함 4. 1400-1500 도씨 5시간 소결을 통해 서포트를 제작함 5. 볼밀링으로 공기극 소재를 페이스트화 하여 펠렛의 한 면에 공기극 페이스트를 스크린 프린팅 한 후 1000-1300도씨 소결하여 단위전지를 제작함. 용출 나노입자 성장 방법 1. 수소 등 연료전지 작동분위기에서 500~1000 도씨 1시간 이상 환원