Solid oxide fuel cells are next-generation energy conversion devices with high efficiency. Thin-film solid oxide fuel cell (TF-SOFCs) with reduced electrolyte thickness was developed as part of an attempt to reduce high operating temperature, which is the cause of performance degradation.
At low operating temperatures, cathodes have the greatest effect on the performance of a single cell. Electronic conductivity, process compatibility, and thermal/chemical stability, as well as electrode performance, are important indicators for the selection of cathode materials. Although nanoporous silver satisfies the criteria, the thermal instability due to agglomeration is a major disadvantage.
To overcome this issue, several studies have been reported to improve stability with oxide coating methods such as atomic layer deposition, sputtering, and infiltration. However, they are not suitable for the actual process because of the complexity of the process or the need for high-temperature heat treatment. However, coating doped ceria with cathodic electrochemical deposition (CELD) technology has been recently reported to improve the performance and stability of platinum-based cathodes easily and quickly over the conventional method, which can also be applied to silver electrodes.
This thesis aims to demonstrate for the first time that the CELD is applicable for the improvement of TF-SOFCs. Doped-ceria was coated onto the nanoporous silver film by CELD and analyzed by electron microscopy, mass spectrometry, and X-ray diffraction. Cathode characterization platform was organized with electrolyte-supported type single-cells and various electrochemical characterizations suggests CELD as a powerful strategy to enhance the performance and stability of TF-SOFCs.
고체산화물연료전지는 고효율의 차세대 에너지 변환 장치다. 높은 작동 온도를 낮추려는 시도의 일환으로 개발된 박막형 고체산화물연료전지의 경우에는, 음극의 느린 전극 반응 속도가 전체 성능에 가장 큰 영향을 미친다. 전극 성능 외에도 전자 전도성, 공정 적합성, 열/화학적 안정성은 음극 재료 선택을 위한 중요한 지표이다. 은이 이 지표를 대부분 만족하는 물질로써 주목받았지만 응집으로 인한 열적 불안정성이 큰 단점이다. 이 문제를 극복하기 위해 원자층 증착법, 스퍼터링 및 침투와 같은 산화물 코팅 방법으로 안정성을 향상하는 연구가 보고되었다. 그러나, 이러한 방법은 모두 공정이 복잡하거나 고온 열처리가 필요하다는 단점이 있다. 따라서 빠르고 간단하며 경제성이 높은 실온/상압 공정의 전기화학 증착법으로 도핑된 세리아를 코팅하여 은 전극의 성능과 안정성을 개선하고자 한다. 전기화학 증착법으로 제작한 은-도핑된 세리아 복합체 전극을 전자 현미경, 질량 분석법 및 X-선 회절법으로 확인하였으며, 전해질지지체형 단전지 성능 평가 플랫폼을 제작하여 다양한 전기화학적 특성 평가를 통해, 전기화학 증착법을 통해 전지 성능과 안정성 개선이 가능함을 실증했다.
