Oxygen Reduction Mechanism and Electrode Properties of (La,Sr)$MnO_3$-YSZ Composite Cathode for Solid Oxide Fuel Cell (Part I: Oxygen Reduction Mechanism)

고체산화물 연료전지용 (La,Sr)$MnO_3$-YSZ 복합체 양극의 산소환원 반응기구 및 전극 특성 (Part I: 산소환원 반응기구)

  • 김재동 (한국과학기술연구원 세라믹공정연구센터) ;
  • 김구대 (한국과학기술연구원 세라믹공정연구센터) ;
  • 이기태 (한국과학기술연구원 세라믹공정연구센터)
  • Published : 2001.01.01

Abstract

(La,Sr)MnO$_3$(LSM)-YSZ 복합체 양극의 산소환원 반응기구에 대해 고찰하였다. YSZ를 첨가함에 따라 복합체 양극의 ohmic 저항이 증가하고, 분극 저항은 YSZ를 40 wt%~50 wt% 혼합하였을 때 최소값을 나타내었다. 또한 LSM-YSZ 복합체 양극의 산소환원 반응기구는 1가 산소이온의 표면확산과 산소이온전달반응에 의해서 지배됨을 알 수 있었다. 임피던스 분석 결과에 따르면 고주파수 영역에서 나타나는 반원은 산소이온전달반응으로 산소분압 의존성이 거의 없고, YSZ가 40 wt% 첨가되었을 때 최소값을 나타내었다. 중간주파수 영역에서 나타나는 반원은 1가 산소이온의 표면확산반응으로 산소분압 의존성은 약 1/4이고, YSZ가 40~50 wt% 첨가되었을 때 최소값을 나타냈다. 한편, 저주파수 영역에 나타나는 반원은 가스확산반응으로 산소분압 의존성이 1이고, 온도에 따른 의존성이 거의 없었다.

Keywords

References

  1. Solid State Ionics v.86-88 Survey of Materials Selection for Ceramic Fuel Cells, Ⅱ Cathodes and Anodes B. C. H. Steele
  2. Electrochemica Acta v.41 no.9 A Study of the $La_{1-x}Sr_xMnO_3$ Oxygen Cathode J. van Herle;A. J. MacEvoy;K. R. Thampi
  3. J. Electrochem. Soc. v.144 Electrode Properties of Sr-doped LaMnO₃on Yttria-stabilized Zirconia F. H. van Heuveln; H. J. M. Bouwmeester
  4. A Study on the Electrochemical and Interfacial Properties of $La_{1-x}Sr_xMnO_3\;and\;Y_{0.8}Ca_{0.2}Fe_xCo_{1-x}O_3$ Cathode for SOFC H. Y. Lee
  5. J. Electrochem. Soc. v.138 Reaction Kinetics and Microstructure of the Solid Oxide Fuel Cells Air Electrode $La_{0.6}Sr_{0.4}MnO_3/YSZ$ J. Misusaki;H. Tagawa;K. Tsuneyoshi;A. Sawata
  6. Electrochimica Acta. v.40 no.11 Impedance Spectroscopy Analysis of $La_{1-x}Sr_xMnO_3$-Yttria-stabilized Zirconia Electrode Kinetics E. Siebert;A. Hammouche;M. Kleitz
  7. J. Electrochem. Soc. v.137 no.8 Low-temperature Operation of Solid Electrolyte Oxygen Sensors Using Perovskite-type Oxide Electrodes and Cathodic Reaction Kinetics T. Inoue;N. Seki;K. Eguchi;H. Arai
  8. 한국요업학회지 v.34 no.10 Glycine-Nitrate Process를 이용하여 산화물 출발물질로부터 (La,Sr)MnO₃ 분말의 제조 김재동;문지웅;김구대;김창은
  9. 한국요업학회지 v.35 no.10 LSM 및 LSM-YSZ 양극의 임피던스에 미치는 집전층의 효과 문지웅;이홍림;김구대;김재동;이해원
  10. Solid State Ionics v.92 no.1-2 Optimized SOFC Electrode Microstructure M. Kleitz;F. Petibon
  11. J. Am. Ceram. Soc. v.73 no.8 Electrical Resistivity of Composites D. S. Mclachlan;M. Blaszkiewics;R. E. Newnham
  12. Solid State Ionics v.86-88 The Relationship between Overpotential and the Three Phase Boundary Lenth H. Fukunaga;M. Ihara;K. Sakaki;K. Yamada
  13. Proceedings of the 3rd International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells Revealing the Mechanisms of SOFC Electrodes Using a Combination of AC and DC Methods M. Mogensen;S. Primdahl;M. Juhl;S. C. Singhal(ed.);
  14. Proceedings of the 5th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells Structure and Performance of $La_{0.6}Sr_{0.38}Mn_{3-z}-YSZ$ Composite Cathode Y. Shibuya;H. Nagamoto;S. C. Singhal(ed.)
  15. J. Electrochem. Soc.s v.145 no.6 The Role of 8 mol% Yttria Stabilized Zirconia in the Improvement of Electrochemical Performance of Lanthanum Manganite Composite Electrodes S. Wang;Y. Jiang;Y. Zhang;J. Yan;W. Li
  16. J. Phys. Chem. Solids v.30 Study of Solid Electrolyte Polarization by a Complex Admittance Method J. E. Bauerle
  17. Solid State Ionics v.47 The Electrode System O₂/Pt/ZrO₂: 8Y₂O₃ Investigated by Impedance Spectroscopy O. J. Velle;T. Norby;P. Kofstad
  18. Solid State Ionics v.52 Considerations in Design and Characterization of Silid-state Electrochemical Systems M. Liu;A. Khandkar
  19. Solid State Ionics v.35 Kinetic Studies on the Reaction at the $La_{0.6}Ca_{0.4}MnO_3$/YSZ Interface, as an SOFC Air Electrode K. Tsuneyoshi;K. Mori;A. Sawata