Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) are energy conversion devices that generate electri-cal energy from chemical energy of fuels. One of characteristics of SOFC is high operating temperature (generally 600-1000℃). It enables internal reforming of fuels at anode, so SOFC can use various fuels like natural gas and biogas. The popular anode material of SOFC is Ni-YSZ (Yttrium-stabilized Zirconia) cermet. One of major challenges in SOFC anode is sulfur poisoning problem. When use the fuels including sulfur-containing com-pounds like hydrogen sulfide, performance of the Ni-YSZ cermet anode is degraded by sul-fur poisoning. To prevent sulfur poisoning, conductive oxide materials can be candidates. Of the conductive oxide materials, La-doped SrTiO3 (LST) has good sulfur tolerance and relatively high electrical conductivity than other conductive oxide materials. But its electri-cal conductivity is much lower than Ni-YSZ and it has poor electrochemical performance. In this study, B-site of LST is substituted by manganese to enhance the conductivity of LST. La0.4Sr0.6Ti1-xMnxO3-δ (x=0.2, 0.4, 0.6, 0.8) powders are synthesized by glycine nitrate process. Electrochemical performance and sulfur tolerance are measured by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement. The surface chemistry and chemical state of the solid solutions are analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray dif-fraction (XRD). Moreover, to enhance the electrochemical performance of anode, anode is fabricated as scaffold structure. Scaffold structure is porous structure which supports the electrode and has advantage to deliver reactants in the whole electrode. By infiltrating LSTM solution, performance can be enhanced by increasing triple phase boundaries.
고체산화물 연료전지는 연료의 화학 에너지로부터 전기 에너지를 생성할 수 있는 에너지 변환 장치이다. 고체산화물 연료전지의 특징 중 하나는 높은 온도에서 작동한다는 점이다 (일반적으로 600-1000℃). 이로 인하여 고체산화물 연료전지의 연료극에서는 내부 개질이 가능하여 천연 가스, 바이오 가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있다. 현재 가장 널리 쓰이고 있는 고체산화물 연료전지 연료극 소재는 Ni-YSZ cermet이다. 이러한 고체산화물 연료전지 연료극의 큰 문제 중 하나는 연료극의 황 피독 현상이다. 황화수소와 같은 황 화합물이 포함된 연료를 사용하면 Ni-YSZ cermet 연료극은 황 피독 현상에 의해 성능이 저하된다. 황 피독 문제를 해결하기 위하여 전도성을 갖는 산화물 촉매가 대안이 될 수 있다. La-doped SrTiO3 (LST)는 좋은 내황 특성을 가지고 있고, 산화물 촉매 중에서 상대적으로 높은 전기 전도도를 가지고 있다. 그러나 LST는 Ni-YSZ에 비하여 전기전도도가 낮고 전기화학적 성능이 나쁘다는 단점이 있다. 본 연구에서는, LST의 전도도와 전기화학적 성능을 높이기 위하여 LST의 B-사이트에 망간을 치환하였다. La0.4Sr0.6Ti1-xMnxO3-δ (x=0.2, 0.4, 0.6, 0.8) 파우더는 glycine nitrate process를 이용하여 합성하였다. LSTM의 전기화학적 성능과 내황 특성은 electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 측정을 통하여 평가하였다. 또한 계면 화학과 소재의 화학적 상태를 분석하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)와 X-ray diffraction (XRD)를 이용하였다. 이에 더하여, 연료극의 전기화학적 성능을 증가시키기 위하여 연료극을 스캐폴드 구조로 제작하였다. 스캐폴드 구조는 전극을 지지하는 다공성 구조로서 반응물을 전극 전체에 원활히 전달할 수 있다는 장점이 있다. 스캐폴드 구조체에 LSTM 촉매를 함침하여 전극 내 삼상계면을 증가시켜 연료극의 성능을 증가시켰다.
