고체산화물연료전지(SOFCs)의 연구는 높은 작동온도(~1000℃)로 인한 상용화 문제점 때문에 600~800℃이하의 낮은 온도에서 작동하는데 초점이 맞추어 지고 있다. 고온의 작동온도로 인하여 전지 구성의 재료선택 폭이 좁아지고 제작비용이 증가하기 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서 현재 고체산화물 연료전지에 관련된 연구는 주로 저온작동(500~800℃)을 위한 전극의 박막화와 낮은 온도에서 높은 이온전도도를 갖는 대체 전해질의 개발연구가 주를 이루고 있다.

본 연구에서는 500~800℃에서 작동하는 중저온형 SOFC 전해질로 사용되는 GDC를 고상반응법을 통해 합성하였다. 보고에 의하면 GDC 전해질의 이온전도성 향상을 위해 Ca를 첨가 하거나, 소결성 향상을 위해 Fe, Co 등의 전이금속 (Transition Metal Oxide)물질을 각각 첨가한다. 전해질을 박막화 시키면 상대적으로 얇은 두께에 의해 저항이 감소하고 따라서 이온전도도가 증가한다. GDC 전해질의 이온전도성 향상을 위해 E-beam evaporator를 통해 전해질 박막을 제작하여 성능을 평가 하였다. GDC 전해질 박막 제조의 최적의 조건을 찾기 위하여, 박막 증착시의 기판의 온도, E-beam gun power등의 공정 변수에 따라 제조된 박막의 결정 구조와 표면 특성을 XRD, SEM 등을 이용하여 분석 하였고, 박막의 전기적 특성은 impedance analyzer를 사용하여 이온전도도를 분석하였다.

본 연구에서 사용한 기판은 NiO-GDC 음극지지체 이고, 증착시 기판온도가 400℃, E-beam gun power 0.9kW일 때 주상구조를 갖는 가장 치밀한 박막의 형성이 확인 되었다. 또한 Ca, Fe, Co 등의 물질을 GDC 전해질에 각각 첨가하였을 때, 이온전도도 및 소결성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.