• 한국세라믹학회지
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• 제37권6호
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• pp.612-616
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• 2000

The effect of Co dopant on the (La, Sr)MnO3 cathode was investigated. La2Zr2O7 and SrZrO3 were formed as the reaction products between YSZ and LSMC. The reactivity of LSMC with YSZ increased with increasing Co content. However, the cathodic polarization resistance decreased with increasing Co doping. Therefore, doping Co at Mn site in the (La, Sr)MnO3 cathode was effective on controlling the polarization resistance of the cathode. The polarization property of LSMC-YSZ composite(60 wt%: 40 wt%) cathode was better than that of LSMC single cathode.

• 한국세라믹학회지
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• 제35권9호
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• pp.917-922
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• 1998

YSZ와 계면반응하지 않는 ${(La_{0.75}Sr_{0.25})}_{0.95}Mn_{0.8 }Co_{0.2}O_3$에 전해질 물질인 YSZ를 첨가하여 양극의 분극특성을 고찰하였다. LSMC에 YSZ를 첨가함에 따라 삼상계면(Three Phase Boundary)이 증가하고, 분극저항이 감소하여 60 : 40wt% 비에서 최소값을 나타내었다. LSMC-YSZ composite 전극은 $1200^{\circ}C$ 에서 소결하여 최소의 분극저항을 나타내었고, 정전용량의 값은 소결온도의 증가에 따라 증가하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권1호
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• pp.93-99
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• 2001

(La,Sr)MnO$_3$(LSM)-YSZ 복합체 양극에 있어서 소결온도 및 전극두께와 cathodic potential이 전극 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 양극의 소결은 삼상계면의 양을 결정하는 중요한 변수로 LSM 단미 양극과 YSZ가 40 wt% 포함된 LSM-YSZ 복합체 양극 모두 120$0^{\circ}C$에 소결했을 때 가장 낮은 분극저항을 나타내었다. 또한 양극 후막의 두께가 얇아지면 양극의 in-plane 저항이 증가하여 ohmic 저항이 증가하였는데, LSM-YSZ 복합체 양극의 경우 약 30$mu extrm{m}$ 정도의 전극두께가 가장 효과적인 전극 특성을 나타내었다. 한편, LSM-YSZ 복합체 양극에 -0.5 V의 cathodic potential을 인가함에 따라 양극에서 일어나는 산소환원반응의 활성이 증가하였는데, 1가 산소이온의 표면확산반응의 분극저항은 감소하였으나, 고주파수 영역에서 나타나는 산소이온전달반응의 저항은 거의 변화하지 않았다. 이것은 Mn의 환원에 의한 양극표면에 생성된 산소공공에 기인한다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권1호
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• pp.84-92
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• 2001

(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.

• 한국세라믹학회지
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• 제36권9호
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• pp.982-990
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• 1999

YSZ/LSM composite cathode was fabricated by dip-coating of YSZ sol on the internal pore surface of a LSM cathode followed by sintering at low temperature (800-100$0^{\circ}C$) The YSZ coating significantly increased the TPB(Triple Phase Boundary) where the gas the electrode and the electrolyte were in contact with each other. Sinter the formation of resistive materials such as La2Zr2O7 or SrZrO3 was prevented due to the low processing temperature and TPB was increased due to the YSZ film coating the electrode resistance (Rel) was reduced about 100 times compared to non-modified cathode. From the analysis of a.c impedance it was shown that microstructural change of the cathode caused by YSZ film coating affected the oxygen reduction reaction. In the case of non-modified cathode the RDS (rate determining step) was electrode reactions rather than mass transfer or the oxygen gas diffusion in the experimental conditions employed in this study ($600^{\circ}C$-100$0^{\circ}C$ and 0,01-1 atm of Po2) for the YSZ film coated cathode however the RDS involved the oxygen diffusion through micropores of YSZ film at high temperature of 950-100$0^{\circ}C$ and low oxygen partial pressure of 0.01-0.03 atm.

• 한국재료학회지
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• 제11권4호
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• pp.283-289
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• 2001

50/50 vol% LSM-YSZ (La$_{1-x}$Sr$_{x}$MnO$_3$-yttria stabilized zirconia)의 복합공기극이 콜로이드 증착법에 의해 연마된 YSZ 전해질상에 증착되었다. 그 전극 특성은 주사전자현미경, X선회절과 임피던스 분석기에 의해 연구되어졌다. 90$0^{\circ}C$에서 공기/LSM -YSZ/YSZ/Pt/공기 셀에 대해 측정된 전형적인 임피던스 스펙트럼들은 2개의 불완전한 호(depressed arc)로 구성되었다. LSM 전극에 대한 YSZ의 첨가는 전극내의 삼상계(TPB) 영역을 증가시켰으며, 이것이 LSM-YSZ 복합공기극의 비저항을 감소시켰다. 또한 전해질 표면의 불순물 제거와 TPB 길이의 증가를 위한 전해질 표면연마는 공기극의 비저항을 훨씬 더 감소시켰다. LSM-YSZ 공기극의 비저항은 작동온도, 공기극의 조성과 입자크기, 인가전류 및 전해질의 표면거칠기에 의해 큰 영향을 받았다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제32권6호
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• pp.501-506
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• 2019

To overcome the limitations of the conventional Ni anode-supported SOFCs, various types of ceramic anodes have been studied. However, these ceramic anodes are difficult to commercialize because of their low cell performances and difficulty in manufacturing anode-support typed SOFCs. Therefore, in this study, to use these ceramic anodes and take advantage of anode-supported SOFC, which can minimize ohmic loss from the thin electrolyte, we fabricated cathode support-typed SOFC. The cathode-support of LSCF-YSZ was prepared by the acid treatment of conventional Ni-YSZ (Yttria-stabilized Zirconia) anode-support, followed by the infiltration of LSCF to YSZ scaffold. The composite of $La(Sr)Ti(Ni)O_3$ and $Ce(Mn,Fe)O_2$ was used as the ceramic anode. The fabricated cathode-supported button cell showed a relatively low power density of $0.207Wcm^{-2}$ at $850^{\circ}C$; however, it is expected to show better performance through the optimization of the infiltration rate and thickness of LSCF-YSZ cathode-support layer.

• 전기화학회지
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• 제8권2호
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• pp.88-93
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• 2005

고체산화물 연료전지의 작동온도를 낮추고 셀의 출력 밀도를 향상시키기 위해 연료극 지지체식 셀을 제조하고 공기극의 구조를 개선시켜 그 특성을 조사 분석하였다. 셀 제조는 습식법에 의해 이루어졌으며, 제조된 연료극 지지체상에 전해질을 코팅하고 최종적으로 공기극을 코팅하였다. 제조된 셀은 $8mol\%\;V_2O_3$로 안정화된 $ZrO_2(YSZ)$ 전해질 층 및 Ni/YSZ 연료극 지지체로 이루어졌으며, 공기극은 $(La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_{3-x}(LSM),\;LSM/YSZ(LY)$ 복합체, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3{LSCF)$를 두층 또는 3층으로 두께를 변화시키면서 코팅하였다 임피던스로 전기화학적 특성을 조사하였으며, $3\%$수분을 함유한 수소와 공기로 $800^{\circ}C$ 이하에서 단전지의 성능을 평가하였다 작동온도 $800^{\circ}C$에서, $LY\;9{\mu}m/LSM\;9{\mu}m/LSCF\;17{\mu}m$의 다층이 코팅된 전지가 $590mW/cm^2$로 가장 좋은 성능을 나타냈으며, $0.244{\Omega}cm^2$로 가장 작은 분극저항을 가졌다. 측정된 임피던스 결과, 공기극의 분극저항이 3층 코팅된 셀의 경우 가장 작게 나타났음을 확인하였으며, 이것은 LY복합전극에 의한 전극 계면 저항 감소뿐 만 아니라 LSCF에 의한 공기극의 산소환원 반응의 전하이동 저항이 감소하였기 때문인 것으로 해석된다.

• 한국재료학회지
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• 제14권5호
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• pp.368-373
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• 2004

To improve the conventional cathode-supported tubular solid oxide fuel cell (SOFC) from the viewpoint of low cell power density, expensive fabrication process and high operation temperature, the anode-supported tubular solid oxide fuel cell was investigated. The anode tube of Ni-8mol% $Y_2$O$_3$-stabilized $ZrO_2$ (8YSZ) was manufactured by extrusion process, and, the electrolyte of 8YSZ and the multi-layered cathode of $LaSrMnO_3$(LSM)ILSM-YSZ composite/$LaSrCoFeO_3$ were coated on the surface of the anode tube by slurry dip coating process, subsequently. Their cell performances were examined under gases of humidified hydrogen with 3% water and air. In the thermal cycle condition of heating and cooling rates with $3.33^{\circ}C$/min, the anode-supported tubular cell showed an excellent resistance as compared with the electrolyte-supported planar cell. The optimum hydrogen flow rate was evaluated and the air preheating increased the cell performance due to the increased gas temperature inside the cell. In long-term stability test, the single cell indicated a stable performance of 300 mA/$\textrm{cm}^2$ at 0.85 V for 255 hr.

• 한국세라믹학회지
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• 제51권4호
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• pp.278-282
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• 2014

Due to high ionic conductivity and favorable oxygen electrocatalysis, doped $Bi_2O_3$ systems are promising candidates as solid oxide fuel cell cathode materials. Recently, several researchers reported reasonably low cathode polarization resistance by adding electronically conducting materials such as (La,Sr)$MnO_3$ (LSM) or Ag to doped $Bi_2O_3$ compositions. Despite extensive research efforts toward maximizing cathode performance, however, the inherent catalytic activity and electrochemical reaction pathways of these promising materials remain largely unknown. Here, we prepare a symmetrical structure with identically sized $Y_{0.5}Bi_{1.5}O_3$/LSM composite electrodes on both sides of a YSZ electrolyte substrate. AC impedance spectroscopy (ACIS) measurements of electrochemical cells with varied cathode compositions reveal the important role of bismuth oxide phase for oxygen electrocatalysis. These observations aid in directing future research into the reaction pathways and the site-specific electrocatalytic activity as well as giving improved guidance for optimizing SOFC cathode structures with doped $Bi_2O_3$ compositions.