Solid oxide fuel cells are devices that directly convert the chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy, and are attracting attention for their high efficiency and eco-friendliness. Since the recent research trend is to lower the operating temperature of the device, there is a considerable demand for a way to effectively introduce a catalyst to overcome the poor electrochemical activity of the lanthanum strontium manganite–yttria-stabilized zirconia (LSM-YSZ) composite electrode. Herein, I present an electrochemical deposition method that fabricating a PrOx overlayer significantly improves the catalytic activity of composite electrodes with only a short process of less than 4 min, even in an ambient environment. Moreover, it does not require additional processes such as heat treatment. The PrOx-coated electrode exhibits a decrease in initial polarization resistance compared to the bare, and maintained an oxygen reduction reaction characteristic by more than 10 times even after about 400 h of operation at 650 °C. Transmission line model analysis with impedance spectra describes how PrOx improves the reactivity of the oxygen reduction reaction of composite electrodes. Finally, I demonstrate that a two-element material, (Pr, Ce)Ox, was electrochemically deposited. Electrochemical deposition considerably improves the catalytic properties of the cathode via a concise and straightforward process.
고체산화물연료전지는 수소와 산소의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치로써, 높은 에너지 효율과 친환경성으로 주목받고 있다. 최근의 연구 동향은 소자의 구동 온도를 낮추고자 하며, 이를 위해 기존 (La, Sr)MnO3-δ와 Yttria-stabilized ZrO2-δ 기반 복합 전극에 촉매를 효과적으로 도입하려는 많은 연구 시도가 보고되고 있다. 본 연구에서는, 상온과 대기압에서도 적용가능한 간단하고 짧은 공정만으로 복합 전극의 촉매 활성을 크게 향상시키는 PrOx 코팅층을 제작하는 전기화학 증착 방법을 제시한다. 650 °C에서 PrOx이 코팅된 전극은 기존에 비해 감소된 초기 분극 저항 감소를 보였으며, 약 400 시간 동안의 열화 이후에도 무려 10배 이상의 산소 환원 반응 특성을 유지했다. 임피던스 스펙트럼을 이용한 transmission line model 분석을 통해 PrOx가 복합 전극의 산소 환원 반응에 대한 반응성을 어떻게 개선하는지 설명한다. 마지막으로, 나는 (Pr, Ce)Ox의 2-원소 물질 또한 전기화학적인 방법으로 증착할 수 있음을 보여준다. 전기화학 증착은 복합 산화물 전극에 직접 적용하여 촉매 활성도를 크게 개선시킬 수 있는 간단하지만 강력한 공정임을 입증하였다.
