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Nanoporous $Pt_xNi_{1-x}$ thin films fabricated by dealloying for a low-temperature solid oxide fuel cell cathode = 선택적 부식에 의한 저온 작동 고체산화물연료전지용 다공성 백금-니켈 박막 공기극 개발에 관한 연구
서명 / 저자 Nanoporous $Pt_xNi_{1-x}$ thin films fabricated by dealloying for a low-temperature solid oxide fuel cell cathode = 선택적 부식에 의한 저온 작동 고체산화물연료전지용 다공성 백금-니켈 박막 공기극 개발에 관한 연구 / Lee, Il.
저자명 Lee, Il ; 이일
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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8030582

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초록정보

Thin-film based, low-temperature solid oxide fuel cells (LT-SOFCs) have been considered as an alternative power source for portable electronic devices because they can tap the high energy densities of hydrocarbon fuels and are readily recharged. Pt has been widely used as a cathode material given its high electronic conductivity and excellent oxygen reduction reaction (ORR) activity. Pt electrode has a highly porous and continuously connected Pt structure, serving as a gas permeable and electronic conducting layer, as well as an electrocatalyst. The common strategy for fabricating such a porous Pt structure is based on sacrificial template technique, Ostwald ripening, reactive sputtering. However, these methods have disadvantage such as difficult and time consuming to manufacture or require post-annealing. Here, we address this issue through the application of a selective dissolution method, known as dealloying. This simple and cost-effective method enables fabricate a nanoporous sponge-like structure without pre-annealing process. Nanoporous Pt-Ni thin films deposited onto an YSZ electrolyte were obtained by co-sputtering of Pt and Ni targets, followed by the subsequent electrochemical etching of Ni species. The obtained films are characterized by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray Fluorescence Spectrometer (XRF) and energy dispersive spectroscopy (EDS). AC impedance spectroscopy (ACIS) of symmetric cells (cathode|electrolyte|cathode) demonstrates the critical role of nano-pores in achieving satisfactory LT-SOFCs cathode activity and stability.

박막 기반의 저온 작동 고체산화물연료전지는 높은 성능과 쉽게 재충전 가능한 장점으로 인해 휴대용 전자 기기에 널리 활용되는 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 이러한 저온 작동 고체산화물연료전지의 공기극 물질로는 높은 전기전도도와 우수한 산소환원반응 능력을 가진 백금이 일반적으로 활용되고 있다. 또한 백금이 전극 역할을 하기 위해서는 산소를 잘 투과시키는 다공성의 연결된 구조체로 제작되어야 한다. 다공성의 백금 전극을 제작하는 기존의 방법들은 sacrificial template technique, Ostwald Ripening, reactive sputtering이 있다. 하지만 이러한 방법들은 제작방법이 어렵고 시간이 많이 소요되거나, 제작과정 중 열처리가 필요하다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 공정이 간단하고 경제적이며 열처리 과정이 없는 선택적 부식 기법을 활용하여 다공성의 전극을 제작하였다. 먼저 스퍼터 장비를 사용해 백금과 니켈을 동시 증착하여 조밀한 백금-니켈 합금 전극을 제작한 후 전기화학적 에칭을 통해 니켈을 선택적으로 용해시킴으로써 최종적으로 다공성의 백금-니켈 합금 전극을 완성하였다. 제작된 전극의 물리 및 화학적 특징은 SEM 이미지 분석과 XRD 패턴 분석, EDS 및 XRF 조성분석을 통해 확인하였다. 또한 YSZ 전해질 양면에 공기극이 부착된 반쪽전지를 제작한 후 임피던스 분석을 통해 다공성 백금-니켈 합금 전극의 전기화학적 성능을 평가하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MMS 17038
형태사항 v, 57 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이일
지도교수의 영문표기 : WooChul Jung
지도교수의 한글표기 : 정우철
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과,
서지주기 References : p. 51-55
주제 solid oxide fuel cells
cathode
Pt
co-sputtering
electrochemical etching
dealloying
AC impedance spectroscopy
고체산화물연료전지
공기극
백금
동시-스퍼터링
전기화학적 에칭
선택적 부식
교류 임피던스 분광법
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