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이하의 화학식1 또는 화학식2로 표현되는 소결조제를 합성하는 단계; 및 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(yttria doped barium cerate-zirconate, BCZY)에 상기 소결조제를 첨가한 뒤 소결하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제1항에 있어서,상기 소결조제의 첨가량은 1mol% 내지 8mol%인 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제1항에 있어서,상기 소결 온도는 1,000℃ 내지 1,400℃인 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY) 및 전이금속 산화물을 포함하는 음극층을 준비하는 단계;이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY)를 용매 내에 분산시켜 전해질페이스트를 준비하고, 상기 전해질페이스트를 상기 음극층 상에 스크린 인쇄하여 전해질층을 형성하는 단계; 및상기 음극층과 전해질층을 동시 소결하는 단계;를 포함하고,상기 전이금속 산화물은 니켈 산화물(NiO), 구리 산화물(CuO) 및 아연 산화물(ZnO) 중 어느 하나 또는 그들의 혼합물을 포함하며,상기 음극층과 전해질층을 동시 소결시, 상기 음극층에서 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY)와 전이금속 산화물이 반응하여 이하의 화학식1 또는 화학식2로 표현되는 소결조제가 생성되고,[화학식1]BaMO2[화학식2]BaY2MO5상기 M은 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 아연(Zn) 원소이다
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제4항에 있어서,상기 음극층은 이하의 단계로 준비하고, 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY), 전이금속 산화물인 니켈 산화물(NiO) 및 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)를 용매 내에서 혼합한 뒤, 분무 건조하여 과립화하고, 얻어진 과립을 가압 성형하여 음극지지층을 형성하는 단계;상기 음극지지층 상에 전해질층을 형성하는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제5항에 있어서,상기 음극층은 이하의 단계를 더 거쳐 준비하고,이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(yttria doped barium cerate-zirconate, BCZY)와 전이금속 산화물인 니켈 산화물(NiO)을 용매 내에서 혼합하여 음극기능층페이스트를 준비하고, 상기 음극기능층페이스트를 상기 음극지지층 상에 스크린 인쇄(screen printing)하여 음극기능층을 형성하는 단계;상기 음극기능층 상에 전해질층을 형성하는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제4항에 있어서,상기 전해질층은 소결조제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제4항에 있어서,상기 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY)는 직경이 1㎛ 미만의 분말인 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제4항에 있어서,상기 동시 소결 온도는 1,000℃ 내지 1,450℃인 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제5항에 있어서,상기 음극지지층을 형성하는 단계에서 상기 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY)와 전이금속 산화물을 40:60 내지 60:40의 질량비로 혼합하는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제6항에 있어서,상기 음극기능층을 형성하는 단계에서 상기 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY)와 전이금속 산화물을 40:60 내지 60:40의 질량비로 혼합하여 음극기능층페이스트를 준비하는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제1항 또는 제4항에 있어서,바륨-스트론튬 코발트 철 산화물(BSCF)을 용매 내에 분산시켜 양극페이스트를 준비하고, 상기 양극페이스트를 상기 전해질층 상에 스크린 인쇄하여 계면접합층을 형성하는 단계;상기 계면접합층을 700℃ 내지 800℃로 마이크로파 소결(microwave sintering)하는 단계;상기 양극페이스트를 상기 계면접합층 상에 스크린 인쇄하여 양극기능층을 형성하는 단계; 및상기 양극기능층을 600℃ 내지 700℃로 마이크로파 소결(microwave sintering)하는 단계;를 더 포함하는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제1항 또는 제4항에 있어서,상기 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY)는 바륨 소스, 세륨 소스, 지르코니아 소스, 이트리아 소스를 혼합하는 단계;혼합물을 1,100℃ 내지 1,300℃로 1차 하소(calcination)하는 단계; 및상기 혼합물을 1,400℃ 내지 1,500℃로 2차 하소하는 단계;로 제조되는 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제16항에 있어서,상기 이트리아 도핑된 바륨 세레이트-지르코네이트(BCZY)는 이하의 화학식3으로 표현되는 화합물인 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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제16항에 있어서,상기 바륨 소스는 BaCO3이고,상기 세륨 소스는 CeO2이며,상기 지르코니아 소스는 ZrO2이고,상기 이트리아 소스는 Y2O3인 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법
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