In this thesis, fabrication of multi-layered cathode structure with platinum and samarium doped ceria for enhancement of thermal stability is demonstrated. Platinum has superior catalytic activity for oxygen reduction reaction, but its nanoporous structure is vulnerable to thermally-driven agglomeration, resulting severe irreversible fuel cell performance drop. Samarium doped ceria has high oxygen ion conductivity despite of low operating temperature. Compared to monolayer platinum cathode, multi-layered sandwich structure cathode, alternatively stacked samarium doped ceria and platinum with 4 layers, and 8 layers, showed higher electrochemical reaction and thermal stability. Maximum fuel cell output power with 8 layered structure was more than two times higher compared to platinum monolayer at operating temperature 500°C.
본 학위논문에서는 열적 안정성을 증대시키기 위한 백금과 사마리움을 도핑한 세리아의 다층 구조의 환원극을 구현하였다. 백금은 산소 환원 반응에서 우수한 촉매적 반응성을 보이지만, 백금의 나노크기의 다공성 구조는 열에 의한 응집에 취약하여 연료전지의 성능에 막대한 비가역적인 성능 저하를 일으킨다. 사마리움을 도핑한 세리아는 낮은 구동온도에서도 높은 산소 이온의 전도성을 갖고 있다. 백금의 단층 환원극에 비해, 백금과 사마리움을 도핑한 세리아를 교대로 쌓은 4층, 8층 샌드위치 다층 구조의 환원극이 더 높은 전기화학적 반응성과 열적 안정성을 보여주었다. 8층 구조의 경우, 500°C에서 백금 단층구조에 비해 최대 전력출력을 2배 이상 높이는 효과를 이루어 냈고, 열적 안정성을 증대시키는 효과를 확인하였다.
