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국문초록

목차

제1장 서론 12

제2장 이론적 배경 15

2.1. Fuel Cell 15

2.2. SOFC의 작동원리와 특징 18

2.3. Ceria계 고체 전해질의 특성 22

2.4. 특성향상을 위한 첨가물 25

2.5. E-beam evaporator 28

2.5.1. E-beam evaporator의 원리 28

2.5.2. E-beam evaporator의 특성 32

2.5.3. E-beam evaporator에 의한 film 핵형성 및 결정성장 33

제3장 실험 방법 35

3.1. 여러 가지 물질이 첨가된 GDC 전해질의 합성 35

3.1.1. 출발물질의 선택 35

3.1.2. GDC 전해질 powder 제작 36

3.1.3. NiO-GDC Anode 기판 준비 38

3.1.4. GDC 전해질 박막의 증착 39

3.2. GDC 전해질 박막의 특성 평가 41

1) XRD 측정 41

2) SEM 측정 41

3) 이온전도도 측정 41

제4장 실험 결과 및 고찰 43

4.1. Solid-state reaction에 의한 GDC 전해질 powder의 합성 43

4.2. GDC 전해질 박막의 기판 온도 변화에 대한 영향 48

4.3. GDC 전해질 박막의 E-Beam gun power에 대한 영향 54

4.4. 첨가물에 대한 GDC 박막 전해질의 전기적 특성 57

제5장 결론 66

참고문헌 68

Abstract 71

표 2.1. Type of fuel cells 16

표 3.1. 출발 물질 35

표 4.1. E-Beam evaporation 증착률 55

표 4.2. 전해질 박막 제작 조건 60

표 4.3. 작동 온도에 대한 전해질 저항 60

그림 2.1. The operating principle of various Fuel cells: 17

그림 2.2. Structure of solid oxide fuel cell(SOFC) 21

그림 2.3. A half unit cell of the fluorite structure showing the position of dopant cation-oxygen vacancy associate 23

그림 2.4. Schematic diagram showing the steps of deposition process by E-beam technique 29

그림 2.5. Schematic diagram showing mechanism of nuclei formation and crystal orientation on surface of film process by E-beam 34

그림 3.1. The flowchart for the preparation of GDC electrolyte 37

그림 3.2. The flowchart for the preparation of NiO-GDC anode substrate 38

그림 3.3. Schematic process of deposition of GDC thin film by E-beam evaporation 40

그림 3.4. Schematic diagram of E-beam evaporation technique 40

그림 3.5. Schematic illustration of electrode preparation for conductivity measurement of electrolyte thin film 42

그림 4.1. The XRD pattern of GDC electrolytes for various sintering temperature 45

그림 4.2. The XRD pattern of CaO, FeO and CoO doped GDC electrolyte powders 46

그림 4.3. The FESEM image of GDC electrolyte powders 47

그림 4.4. The XRD pattern of GDC thin films deposited on NiO-GDC at various substrate temperature 50

그림 4.5. The FESEM micrographs of surface view of GDC thin films deposited on NiO-GDC substrate at various substrate temperature 51

그림 4.6. The FESEM micrographs of cross-section view of GDC thin films deposited on NiO-GDC substrate at various substrate temperature 52

그림 4.7. The EDX pattern of the GDC thin film deposited by E-Beam evaporation 53

그림 4.8. The XRD pattern of GDC thin films deposited on NiO-GDC at different evaporation gun power 55

그림 4.9. The FESEM micrographs of surface view of GDC thin films deposited on NiO-GDC substrate at different evaporation gun power 56

그림 4.10. The FESEM micrographs of cross-sectional view of GDC thin films deposited on NiO-GDC substrate of the additives 61

그림 4.11. I-V and I-P curves of the ionic conductivity of the GDC thin film of the additives 62

그림 4.12. Schematic of an idealised complex impedance plot and associated equivalent circle (Rb, Rg, Re denote the electrical resistivity to the bulk, grain boundary, electrode) 63

그림 4.13. Niquist plots of the ionic conductivity of the GDC thin film of the additives 64

그림 4.14. Arrhenius plots of the ionic conductivity of the GDC thin film of the additives 65