Development of Anode-supported Planar SOFC with Large Area by tape Casting Method

테입캐스팅을 이용한 대면적 (100 cm²) 연료극 지지체식 평판형 고체산화물 연료전지의 개발

For the development of low temperature anode-supported planar solid oxide fuel cell, the planar anode supports with the thickness of 0.8 to 1 mm and the area of 25, 100 and $150\;cm^2$ were fabricated by the tape casting method. The strength, porosity, gas permeability and electrical conductivity of the planar anode support were measured. The porosity of anode supports sintered at $1400^{\circ}C$ and then reduced in$H_2$ atmosphere was increased from $45.8\%\;to\;53.9\%$. The electrical conductivity of the anode support was $900 S/cm\;at\; 850^{\circ}C$ and its gas permeability was 6l/min at 1 atm in air atmosphere. The electrolyte layer and cathode layer were fabricated by slurry dip coating method and then had examined the thickness of $10{\mu}m$ and the gas permeability of 2.5 ml/min at 3 atm in air atmosphere. As preliminary experiment, cathode multi-layered structure consists of LSM-YSZ/LSM/LSCF. At single cell test using the electrolyte layer with thickness of 20 to $30{\mu}m$, we achieved $300\;mA/cm^2$ and 0.6V at $750^{\circ}C$

본 연구에서는 중저온에서 작동되는 연료극 지지체식 평판형 연료전지를 연구하였으며, 저가의 공정인 테입케스팅법을 이용하여 $0.8\~1mn$의 두께와 $25,\; 100,\;150cm^2$크기의 평판형 연료극 지지체를 제작하였고, 연료극 지지체의 특성을 확인하기 위해서 기공률, 가스 투과율 그리고 전기전도도 등을 측정하였다. $12wt.\%$의 결합제를 사용하여 제작된 지지체의 기공률은 $45.8\%$이고 환원 시 $53.9\%$로 증가함을 보였다. 연료극 지지체는 $850^{\circ}C$에서 900S/cm의 높은 전기전도도를 나타내었으며, 1기압 하에서 공기로 측정하였을 때 6l/min의 기체투과량을 보였다. 단전지의 제조는 테잎케스팅 법으로 제조된 연료극 지지체위에 슬러리 디핑 코팅법을 이용하여 전해질과 공기극을 순차적으로 제조하였다. YSZ의 농도를 $10wt.\%\;와\;20wt.\%$로 하여 제조된 전해질의 두께는 각각 form와 300m이었고, 공기극은 LSM-YSZ/LSM/LSCF의 다층 구조로 구성되었다. $10{\mu}m$두께의 전해질은 매우 치밀하였고 3기압 하에서 가스 투과도는 2.5ml/min을 나타내었다. 단전지의 성능 시험에서 $20\~30{\mu}m$두께의 전해질을 갖는 연료극 지지체식 평판형 연료전지는 $750^{\circ}C$에서 0.6V, $300 mA/cm^2$성능을 보였다.