• 한국세라믹학회지
• /
• 제43권7호
• /
• pp.402-407
• /
• 2006

NiO/YSZ(70 wt%NiO) composite powders were prepared by ball-milling of 8YSZ and NiO precursors, dried and then followed by calcination. The approach was to combine acidic $Ni(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$ and basic $2NiCO_3{\cdot}3Ni(OH)_2{\cdot}4H_2O$ via acid-base reaction as a mixed NiO precursor. Their effects were studied in the aspects of DSC, microstructure, porosity, and electrical conductivity. Ni/YSZ composite of 1N9C (1 mole NiO from the nitrate and 9 moles of NiO from the carbonate) was prepared by consolidation at $1400^{\circ}C$ for 3 h, and then followed by reduction at $1000^{\circ}C$ for 3 h under flowing of 6% $H_2/N_2$. It showed a homogeneous microstructure with ${\sim}20%$ porosity and 1880 S/cm at $1000^{\circ}C$.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제20권6호
• /
• pp.289-294
• /
• 2010

SOFC용 Ni-YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) composite powders를 glycine nitrate process를 이용하여 만들었다. $ZrO(NO_3)_2{\cdot}2H_2O$, $Y(NO_3)_3{\cdot}6H_2O$, $Ni(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$와 glycine을 출발원료로 하였으며 Ni의 부피비를 변화시켜 각기 그들의 소결 및 환원 특성을 알아보았다. Ni과 YSZ 상들이 상호 연결된 균질하게 분포된 다공성 미세구조를 관찰 할 수 있었으며 Ni의 첨가량에 따라 가공률이 민감하게 변화함을 알 수 있었다. 35 vol% 이상의 Ni를 함유한 Ni-YSZ cermet가 SOFC용 전극재료로 사용되는데 필요한 30% 이상의 공극을 갖는 조성임을 알 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제43권12호
• /
• pp.768-774
• /
• 2006

The microstructure of Ni-YSZ cermets was controlled with fine and coarse starting powders (NiO and YSZ) to obtain a optimum strong and conductive tubular anode support for SOFCs. Three types of cermets with different microstructures, i.e., coarse Ni-fine YSZ, fine Ni-coarse YSZ, and fine Ni-fine YSZ, were fabricated to investigate their electrical and mechanical properties. The cermets from fine NiO powder showed high electrical conductivity due to the enhanced percolation of Ni particles. The cermet by foe Ni and coarse YSZ showed excellent electrical conductivity (>1000 S/cm) despite its high porosity $(\sim40%)$ but it showed poor mechanical strength due to the lack of percolation by YSZ particles and due to large pores. Thus fine NiO and YSZ powders were used to make strong and conductive Ni-YSZ support tube by extrusion. The microstructure of the anode tube was modified by the amount of polymeric additives and carbon black, a pore former. Ni-YSZ tube (porosity $\sim34%$) with the finer microstructure showed better performance both in electrical conductivity (>1000 S/cm) and fracture strength $(\sim140\;MPa)$. Either flat or circular NiO-YSZ tubes with the length from 20 to 40cm were successfully fabricated with the optimized composition of materials and polymeric additives.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제50권6호
• /
• pp.423-428
• /
• 2013

Porous YSZ ceramics are fabricated using 3 mol% yittria-stabilized zirconia (3YSZ) and NiO with different particlesizes (0.6 and 7 ${\mu}m$). Nickel oxide (NiO) is added to the YSZ powder as a pore former with different amounts(40, 50, and 60 vol%) and at different sintering temperatures (1350 and $1400^{\circ}C$) are applied in order to evaluate the temperature effects on the pore and mechanical properties. Heat treatment is conducted after sintering at $700^{\circ}C$ in $H_2$ for the NiO reduction process; then, Ni is removed using a $HNO_3$ etchant solution. According to the NiO contentand sintering temperatures, 41-67% porous YSZ ceramic is obtained and the flexural strength increases, while the porosity decreases with an increasing sintering temperature. The optimum flexural strength ($136.5{\pm}13.4MPa$) and porosity (47%) for oxygen transport porous YSZ membrane can be obtained with 40 vol% of 7 ${\mu}m$ NiO particle at a sintering temperature of $1350^{\circ}C$.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제57권4호
• /
• pp.525-530
• /
• 2019

고체산화물 연료전지의 성능과 안정성은 전극의 기공률, 기공 분포와 전해질의 치밀도, 두께에 따라 결정 된다. 연료극의 기공률과 기공 분포는 활성면적와 연료 흐름에 영향을 주고, 전해질의 치밀한 미세구조와 두께는 단위전지의 Ohmic 저항에 영향을 준다. 하지만 이를 위해 값 비싼 공정 장비를 이용하거나 여러 단계의 제작 공정이 추가 될 경우 단위전지 제작비가 증가하므로 상업화를 목표로 하는 연구에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 상용 소재 기반의 NiO-YSZ 연료극을 선정 후 간단한 혼합 방법 및 일축가압 성형법과 담금코팅(dip coating) 공정을 사용하여 저비용 고효율의 세라믹 공정 기반의 고성능 단위전지를 제작하였다. 연료극의 기공률은 기공형성제로서 사용되는 카본 블랙(CB, carbon black)의 첨가량(10~20 wt%)과 최종 소결온도($1350{\sim}1450^{\circ}C$)를 변경하며 제어하였고, YSZ 전해질의 두께와 미세구조는 담금코팅 슬러리의 고상 분말량(YSZ, 1~5 vol%)을 제어하여 치밀한 박막의 전해질을 구현하고자 하였다. 그 결과 Ni-YSZ 연료극에서 최적의 값으로 잘 알려진 40%의 기공률은 카본 블랙을 15 wt% 첨가하고최종소결온도를 $1350^{\circ}C$로설정함으로써얻을수있었다. 담금코팅을통한 YSZ 두께는 $2{\sim}28{\mu}m$까지 제어가 가능하였고, 3 vol%의 고상분말량에서 치밀한 전해질 미세구조가 형성되었다. 최종적으로 40%의 기공률을 갖는 Ni-YSZ 연료극, $20{\mu}m$ 두께의 치밀한 YSZ전해질, LSM-YSZ 공기극으로 구성된 단위전지는 $800^{\circ}C$에서 $1.426Wcm^{-2}$의 우수한 성능을 얻을 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제40권3호
• /
• pp.241-248
• /
• 2003

고체산화물 연료전지용 음극소재로 사용되는 다공성 NiO-YSZ 소재의 강도를 향상시키기 위하여 $Y_2$O$_3$첨가제의 양 및 기공전구체로 첨가되는 탄소첨가제의 종류를 변화시켰으며, 이에 따른 기계적 강도와 기공율, 전기전도도를 측정하였다. $Y_2$O$_3$첨가제의 양은 8 mol%와 10 mo1%로 각각 변화시켰으며, 기공전구체는 활성탄과 카본블랙의 영향을 고찰하였다. 그 결과 카본블랙을 기공전구체로 사용하였을 경우 활성탄을 사용한 경우에 비해 기계적 강도가 크게 향상되었으며, 상대적으로 고온의 소결온도에서 제조된 10 mo1%의 $Y_2$O$_3$가 첨가된 NiO-YSZ 음극소재가, 8 mol%가 첨가된 소재에 비하여 상대적으로 우수한 강도를 나타내었다. 10 mo1%의 $Y_2$O$_3$와 카본블랙이 첨가된 음극소재는 전기전도도 값에 있어서도 $700^{\circ}C$~100$0^{\circ}C$의 온도범위에서 $10^2$~$10^3$S/cm의 양호한 값을 나타내는 것으로 평가되었다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제41권3호
• /
• pp.229-234
• /
• 2004

수계슬러리의 동결건조 공정을 이용하여 배향성 기공을 갖는 NiO-YSZ 지지체를 제조하였다. 슬러리의 동결과정에서 형성된 얼음 결정은 진공건조 과정을 거치면서 승화되어 그 자리에 기공을 형성하였으며. 열전달 방향과 속도를 조절함으로써 얼음결정의 성장을 제어할 수 있음을 알 수 있었다. 제조된 NiO-YSZ 지지체는 배향성을 가진 거대(macro) 기공과 함께 표면에는 미세기공이 존재하는 독특한 기공구조를 형성하였다. 이것은 동결과정에 있어서 성형체의 위치에 따라 얼음의 성장속도가 다르기 때문에 발생하는 현상으로 생각된다. 얻어진 다공체 표면에 YSZ 슬러리를 dip 코팅하여 막을 형성한 후 140$0^{\circ}C$에서 동시소성(co-firing)하여 다공성 NiO-YSZ 지지체의 표면에 치밀한 YSZ 막이 코팅된 bilayer 제조에 성공하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제17권1호
• /
• pp.82-89
• /
• 2006

The redox behaviors of anode-supported flat tube for solid oxide fuel cell has been studied. The mass change of the extruded NiO/YSZ anode flat tube during redox cycling was examined by thermogravimetric analysis(TGA). The result of TGA was shown a rapidly mass change in the range of $455\;-\;670^{\circ}C$ and the reoxidation of the NiO/YSZ anode was almost completed at $750^{\circ}C$. The starting temperature of reoxidation and the maximum temperature of oxidation rate decreased with increasing the reoxidation cycle, which is attributed to the increased porosity caused by volume change. Bending strengths of the NiO/YSZ anode after redox cycling were 96 - 80 MPa and the bending strength decreased slightly with increasing the redox cycle. On the other hand, the bending strength of the NiO/YSZ anode with electrolyte showed 130 MPa after first redox cycling but decreased rapidly with increasing the redox cycle. From the results of the bending test and the microstructure observation, we conclude that the crack initiation of the electrolyte-coated NiO/YSZ anode was induced easily at interface of electrolyte/anode tube and propagated cross the electrolyte.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제28권5호
• /
• pp.521-530
• /
• 2017

Improving the microstructure of NiO/YSZ is one of several approaches used to enhance the electrical and mechanical properties of an anode support in Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs). The aim of the work reported in this paper was to predict the relationship between these microstructural changes and the resulting properties. To this end, modification of the anode microstructure was carried out using different sizes of Poly (Methyl Methacrylate) (PMMA) beads as a pore former. The electrical conductivity and mechanical strength of these samples were measured using four-probe DC, and three-point bend-test methods, respectively. Thermal etching followed by high resolution SEM imaging was performed for sintered samples to distinguish between the three phases (NiO, YSZ, and pores). Recently developed image analysis techniques were modified and used to calculate the porosity and the contiguity of different phases of the anode support. Image analysis results were verified by comparison with the porosity values determined from mercury porosimetry measurements. Contiguity of the three phases was then compared with data from electrical and mechanical measurements. A linear relationship was obtained between the contiguity data determined from image analysis, and the electrical and mechanical properties found experimentally. Based upon these relationships we can predict the electrical and mechanical properties of SOFC support from the SEM images.

• 전기화학회지
• /
• 제7권2호
• /
• pp.94-99
• /
• 2004

연료극 지지체 평관형 고체산화물 연료전지(SOFC)의 셀 전력밀도를 증가시키기 위하여 압출법에 의하여 제조하고 그 특성을 연구하였다. 연료극 지지체로써 Ni/YSZ($8mol\%$ yttria stabilized zirconia) cermet는 기공율 $50.6\%,\;0.23{\mu}m$의 기공크기를 나타내었다. 지지체에서의 Ni의 분포는 균일하였으며 전자전도 경로로써의 Ni의 연결성은 양호하였다. 지지체에 YSZ전해질과 복합 공기극층인 $LSM((La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_3)/YSZ$ 복합층, LSM, LSCF $(La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3)$층이 슬러리 디핑법에 의하여 코팅 및 소결된 연료극 지지체식 평관형 고체산화물 연료전지 단위전지의 성능은 $800^{\circ}C$에서 $300mW/cm^2(0.6V,\;500mA/cm^2)$의 성능을 나타내었다. 임피던스 분석에 의하여 평관형 셀의 전기화학적 분극저항을 평가하고 연료측의 가습에 따라 분극저항이 감소되어 성능이 향상됨을 알 수 있었다 슬러리 디핑법으로 LSM이 코팅된 SUS430 금속연결재를 $Ar+10\%\;H_2$에서 소결하였으며, $750^{\circ}C$에서 면저항의 측정할 결과, 초기에는 $148m{\Omega}cm^2$를 나타내었으며, 450시간 경과 후에 $43m{\Omega}cm^2$의 낮은 면저항을 유지하였다. 반면에 동일한 조건으로 LSM이 코팅된 Fecralloy는 높은 면저항을 나타내었다.