삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질 및 그 제조 방법
triple doped Stabilized Bismuth Oxide based electrolyte and the manufacturing method thereof
특허 요약
본 발명은 구조적 안정성이 강화되어 700 ℃ 이하의 온도에서 장시간 구동되어도 높은 이온전도도를 가지는 삼중도핑 안정화 산화비스무트(SBO: Stabilized Bismuth Oxide)계 전해질 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 산화비스무트에 1차 도펀트로서 어븀산화물(Er 2 O 3 ), 2차 도펀트로서 A 금속원소의 산화물과 3차 도펀트로서 B 금속원소의 산화물이 도핑된 A x B y Er z Bi 2-(x+y+z) O 3+δ 의 화학식을 가지고, 상기 x 또는 y는 0.001 내지 0.1의 실수이고, z는 0.1 내지 0.5의 실수이며, 상기 δ는 0 초과 3 미만인 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 제공한다.
청구항
번호청구항
1

산화비스무트에 1차 도펀트로서 어븀산화물(Er2O3), 2차 도펀트로서 A 금속원소의 산화물과 3차 도펀트로서 B 금속원소의 산화물이 도핑된 AxByErzBi2-(x+y+z)O3+δ의 화학식을 가지고, 상기 x 또는 y는 0.001 내지 0.1의 실수이고, z는 0.1 내지 0.5의 실수이며, 상기 δ는 0 초과 3 미만인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질.

2

제 1 항에 있어서, 상기 A 금속원소와 B 금속원소는 서로 다른 금속원소인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질.

3

제 1 항에 있어서, 상기 A 금속원소의 산화물은 AO2, A2O5 또는 AO3 중 어느 하나의 화학식을 가지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질.

4

제 1 항에 있어서, 상기 B 금속원소의 산화물은 BO2, B2O5 또는 BO3 중 어느 하나의 화학식을 가지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질.

5

제 1 항에 있어서, 상기 A 금속원소 및 B 금속원소는 각각 독립적으로 Zr, Hf, Nb, Ta, Mo 또는 W로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질.

6

산화비스무트에 1차 도펀트로서 어븀산화물(Er2O3), 2차 도펀트로서 A 금속원소의 산화물과 3차 도펀트로서 B 금속원소의 산화물의 혼합 분말을 제조하는 혼합 분말 제조 단계;상기 혼합 분말을 소성하는 소성단계;상기 소성된 분말을 분쇄하여 분쇄분말을 제조하는 분쇄단계; 및상기 분쇄분말을 소결하여 AxByErzBi2-(x+y+z)O3+δ의 화학식을 가지고, 상기 A와 B는 서로 다른 금속원소이고, 상기 x 또는 y는 0.001 내지 0.1의 실수이고, z는 0.1내지 0.5의 실수이며, 상기 δ는 0 초과 3 미만인 SBO계 전해질을 제조하는 소결단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질 제조 방법.

7

제 6 항에 있어서, 상기 혼합 분말 제조 단계에서 혼합되는 상기 A 금속원소의 산화물은,AO2, A2O5 또는 AO3 중 어느 하나의 화학식을 가지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질 제조 방법.

8

제 6 항에 있어서, 상기 혼합 분말 제조 단계에서 혼합되는 상기 B 금속원소의 산화물은,BO2, B2O5 또는 BO3 중 어느 하나의 화학식을 가지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질 제조 방법.

9

제 6 항에 있어서, 상기 A 금속원소 및 B 금속원소는,각각 독립적으로 Zr, Hf, Nb, Ta, Mo 또는 W로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질 제조 방법.

10

양극;상기 양극 상에 위치하는 안정화 산화비스무트계 전해질; 및상기 전해질 상에 위치하는 음극;을 포함하고,상기 안정화 산화비스무트계 전해질은 산화비스무트에 1차 도펀트로서 어븀산화물(Er2O3), 2차 도펀트로서 A 금속원소의 산화물과 3차 도펀트로서 B 금속원소의 산화물이 도핑된 AxByErzBi2-(x+y+z)O3+δ의 화학식을 가지고, 상기 x 또는 y는 0.001 내지 0.1의 실수이고, z는 0.1 내지 0.5의 실수이며, 상기 δ는 0 초과 3 미만인 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 가지는 고체산화물 연료전지.

11

제 10 항에 있어서, 상기 A 금속원소와 B 금속원소는 서로 다른 금속원소인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 가지는 고체산화물 연료전지.

12

제 10 항에 있어서, 상기 A 금속원소의 산화물은 AO2, A2O5 또는 AO3 중 어느 하나의 화학식을 가지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 가지는 고체산화물 연료전지.

13

제 10 항에 있어서, 상기 B 금속원소의 산화물은 BO2, B2O5 또는 BO3 중 어느 하나의 화학식을 가지는 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 가지는 고체산화물 연료전지.

14

제 10 항에 있어서, 상기 A 금속원소 및 B 금속원소는 각각 독립적으로 Zr, Hf, Nb, Ta, Mo 또는 W로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 가지는 고체산화물 연료전지.

15

제 10 항에 있어서, 상기 양극은,La1-xSrxCo1-yFeyO3(LSCF), La1-xSrxCoO3(LSC), La1-xSrxFeO3(LSF), Ba1-xSrxCo1-yFeyO3(BSCF), La1-xSrxMnO3(LSM) 또는 플루오라이트 (fluorite) 구조의 이트리아-안정화 지르코니아(YSZ) 중 어느 하나이고, 상기 x 및 y는 양의 실수인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 가지는 고체산화물 연료전지.

16

제 10 항에 있어서, 상기 음극은,Ni-YSZ 세르맷(cermet), BaZr0.1Ce0.7Y0.2-xYbxO3, La1-xSrxCr1-yMnyO3 또는 Sr2Mg1-xMnxMoO6 중 어느 하나이고, 상기 x 및 y는 양의 실수인 것을 특징으로 하는 삼중도핑 안정화 산화비스무트계 전해질을 가지는 고체산화물 연료전지.