(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法において、
ランタン硝酸塩、ストロンチウム硝酸塩、コバルト硝酸塩、及び鉄硝酸塩を金属前駆体に用いて、キレート剤とエステル化反応促進剤を順次混合して混合溶液を形成するステップと、
前記ステップで得られた前記混合溶液を２時間加熱して金属塩／キレート錯体を形成するステップと、
前記ステップで得られた前記金属塩／キレート錯体を６０℃〜８０℃の温度区間において５℃／ｈｒの速度で加熱させてゾルを形成するステップと、
前記ステップで得られた前記ゾルを１００℃で一定時間加熱してゲル前駆体を形成するステップと、
前記ステップで得られた前記ゲル前駆体を焼成してナノＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末を形成するステップと、
を含む固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【請求項２】
前記キレート剤は、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７、ｃｉｔｒｉｃ  ａｃｉｄ）、グリコール酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３、ｇｌｙｃｏｌｉｃ  ａｃｉｄ）のうちいずれか１つの物質が用いられ、
前記エステル化反応促進剤は、エチレングリコールを用いる、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【請求項３】
前記金属前駆体：前記キレート剤は、１：２のモル比で混合し、
キレート錯体：前記エステル化反応促進剤は、１：１のモル比で混合する、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【請求項４】
前記金属前駆体は、Ｌａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、Ｓｒ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、及びＦｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏを３：２：１：４のモル比で混合した、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【請求項５】
前記ゾルを形成するステップは、前記金属塩／キレート錯体をホットプレートを用いて６０℃から８０℃の温度まで５℃／ｈｒの速度で段階的に加熱する、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【請求項６】
前記ゲル前駆体を形成するステップは、
前記ゾルを１００℃で一定時間保持して形成する、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【請求項７】
前記ゲル前駆体を形成するステップは、前記ゾルをヒーティングマントルを用いて一定温度で加熱し、攪拌子を用いて一定速度で攪拌する、請求項６に記載の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【請求項８】
前記粉末を形成するステップは、
前記ゲル前駆体を４００℃の温度で加熱するステップと、
前記加熱したゲル前駆体を空気雰囲気の焼成炉において８００℃で熱処理するステップと、
を含む、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物燃料電池に関し、中低温での作動が可能な空気極粉末の合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の種類としては、高温で作動する溶融炭酸塩燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ  Ｃａｒｂｏｎａｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＭＣＦＣ）、固体酸化物燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＳＯＦＣ）及び比較的低い温度で作動するリン酸型燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＰＡＦＣ）、アルカリ型燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＡＦＣ）、高分子電解質燃料電池（Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌｓ、ＤＥＭＦＣ）などがある。
【０００３】
固体酸化物燃料電池は、酸素イオン伝導性を有する固体酸化物を電解質に用いる燃料電池であり、現存する燃料電池のうち最も高い温度（９００℃〜１０００℃）で作動し、全ての構成要素が固体で形成されており、他の燃料電池に比べて構造が簡単で電極物質の損失及び補充と腐食の問題がない。また、高価な貴金属の触媒を用いる必要がなく、炭化水素燃料を別途設けられる改質器なしに直接使用することができ、高温のガスを排出する時に出てくる廃熱を用いて熱効率を７０％まで引き上げることができるため、現存する燃料電池のうち最も高い効率を有し、熱複合利用の発展が可能であるという長所もある。
【０００４】
固体酸化物燃料電池の空気極材料に最も多く用いられているＬＳＭ（Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３）は、酸化／還元の雰囲気で高い機械的信頼性、安定性、電気的活性度を有し、電解質であるＹＳＺとの熱膨張係数も似ていて、固体酸化物燃料電池の代表的な空気極材料として知られているが、作動温度を低くすると酸素還元反応が弱まって過電圧が増加し、電池性能を低下させる。一方、混合伝導性を有するＬａ１−ｘＳｒｘＣｏｙＦｅ１−ｙ物質は、熱的、化学的に安定するだけでなく、高濃度の酸素イオンを含んでいて、表面の電荷交換反応速度が速いため、中低温で高い触媒特性を示し、従来のＬＳＭ空気極物質に代わる最も有望な素材である。
【０００５】
この中で、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δが６００℃〜８００℃の温度範囲で最も優れた出力特性を有すると報告されている。
【０００６】
Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ空気極は、一般的にプラズマスプレーなど高価な製造装置によって製造されている。電極製造の工程単価が高まるほど、商用化に困難が伴うため、浸漬被覆（ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎｇ）やスクリーン印刷のような低価格工程による電極製造が求められている。燃料極支持体上に、空気極はスラリー状に３０〜５０μｍの厚さに塗布される。燃料極支持体型ＳＯＦＣの空気極の厚さは限定されているため、単位面積当たりの密度を高めて一定の気孔を有するようにするために、空気極に用いられるＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δは、粉末の形状が球形で、粒子の大きさが小さく比表面積が高い場合にのみ、前記伝導性とイオン伝導性の高い正極物質が合成されるため、ナノサイズの粉末を合成できる共沈法、溶液燃焼法、スプレー噴霧熱分解法、水熱合成法などのさまざまな合成方法が提案されてきたが、現在まで効率的にＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ空気極物質を得られる方法は確立されていないのが実状である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ペロブスカイト粉末を製造する従来の方法として最も一般的なものは固相反応法であるが、この方法は量産性に優れてはいても、製造された粉末の組成及び形状（像）の制御が難しく、品質と性能が優れた空気極粉末を得ることはできない。従って、高品質のナノサイズの粉末を合成するために共沈法、溶液燃焼法、スプレー噴霧熱分解法、水熱合成法などのさまざまな合成方法が研究されている。
【０００８】
これらの合成方法は、ナノサイズの粉末を合成する方法としては成功しているが、合成工程が複雑で工程における変数が多様であるため、正確にコントロールしなければ粒子の形状、大きさの制御、及び品質管理が難しく、実際の量産システムには不適切である。固体酸化物燃料電池の空気極としては、燃料の速い拡散と共に電気化学反応が起きる三相界面の面積が最大に増大しなければならない。従って、ナノサイズの均等な粒子を再現性に優れた低価格の工程で製造できる技術が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例に係る固体酸化物燃料電池用の空気極粉末合成方法によれば、ゾルゲル法を用いて短時間内に合成が可能で、ナノ粒子を有して優れた電池特性を示すＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ空気極物質を製造する方法を提供することができる。また、従来のゾルゲル工程を改善して、工程が単純で、工程中の制御因子の数を減らし、再現性に優れて短時間に合成可能で、しかも粒子が微細で比表面積が大きい粉末を製造することができる。ここで、本発明の実施例に係る固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法は、ランタン硝酸塩、ストロンチウム硝酸塩、コバルト硝酸塩、及び鉄硝酸塩を金属前駆体として用いて、キレート剤とエステル化反応促進剤を順次混合するステップと、前記混合した溶液を加熱して金属塩／キレート錯体を形成するステップと、前記金属塩／キレート錯体を加熱してゾルを形成するステップと、前記ゾルを加熱してゲル前駆体を形成するステップと、前記ゲル前駆体を焼成してナノＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ空気極粉末を形成するステップとを含んで構成される。
【００１０】
一実施例によれば、前記キレート剤は、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７、ｃｉｔｒｉｃ  ａｃｉｄ）、グリコール酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３、ｇｌｙｃｏｌｉｃ  ａｃｉｄ）のうちいずれか１つの物質が用いられ、前記エステル化反応促進剤は、エチレングリコールを用いる。また、前記金属前駆体：前記キレート剤は、１：２のモル比で混合し、キレート錯体：前記エステル化反応促進剤は、１：１のモル比で混合する。そして前記金属前駆体は、Ｌａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、Ｓｒ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、及びＦｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏを３：２：１：４のモル比で混合する。
【００１１】
一実施例によれば、前記金属塩／キレート錯体を形成するステップは、反応容器に収容された前記混合溶液をホットプレートを用いて２時間の間加熱する。そして前記ゾルを形成するステップは、６０℃〜８０℃の温度区間で５℃／ｈｒの速度で加熱して金属塩／キレート錯体を高分子化させることができる。また、前記ゾルを形成するステップは、前記金属塩／キレート錯体をホットプレートを用いて６０℃から８０℃の温度まで５℃／ｈｒの速度で段階的に昇温させた後に加熱してもよい。そして、前記ゲル前駆体を形成するステップは、前記ゾルを１００℃で一定時間保持して形成してもよい。また、前記ゲル前駆体を形成するステップは、前記ゾルをヒーティングマントルを用いて一定温度で加熱し、攪拌子を用いて一定速度で攪拌して形成してもよい。
【００１２】
一実施例によれば、前記粉末を形成するステップは、前記ゲル前駆体を４００℃の温度で加熱するステップと、前記加熱したゲル前駆体を空気雰囲気の焼成炉において８００℃で熱処理するステップとを含んで構成される。
【発明の効果】
【００１３】
以上で見たように、本発明の実施例によれば、従来のゾルゲル法を改善してＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ空気極粉末を合成することによって、中低温でＳＯＦＣの出力特性が優れたＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δナノ空気極粉末を製造する方法を提供できる効果がある。
【００１４】
また、本発明に係る製造方法は、簡単な方法で高品質のＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末を得ることができ、従来の主要セラミック粉末合成方法における共沈法、燃焼噴霧熱分解法よりも比較的経済的かつ簡単で、工程の制御因子が単純であるため、実際の量産環境に好適である。前記方法によってＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末を製造する場合、球形の均一で微細な粒子を得ることができ、多孔性の構造を有するだけでなく、組成制御が正確で前記伝導性が優れた良質の粉末を製造することが可能であるため、固体酸化物燃料電池の空気極物質として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図２】Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の製造工程の装置を示す模式図である。
【図３】Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図４】Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の構造を分析した表である。
【図５】Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の電気伝導度の測定結果表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付する図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明が実施例によって制限されたり限定されることはない。本発明を説明するにおいて、公知の機能あるいは構成に対する具体的な説明は、本発明の要旨を明瞭にするために省略することもある。
【００１７】
以下、図１から図５を参照して本発明の一実施例に係る固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法について詳細に説明する。
【００１８】
有機溶媒の代わりに水系合成が可能で安価なランタン硝酸塩、ストロンチウム硝酸塩、コバルト硝酸塩、及び鉄硝酸塩を金属前駆体に用いて、粒子の形状を制御するための加水分解条件、ｐＨなどの複雑な工程制御条件の代わりに、キレート剤とエステル化反応促進剤の添加モル比、及び合成温度を調節して空気極粉末を合成する。
【００１９】
ここで、キレート剤は、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７、ｃｉｔｒｉｃ  ａｃｉｄ）、グリコール酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３、ｇｌｙｃｏｌｉｃ  ａｃｉｄ）の中から選択され、エステル化反応促進剤は、エチレングリコールを用いる。総金属イオン対キレートは１：２のモル比で、キレート錯化合物対エチレングリコールは１：１のモル比で混合する。また、キレート／金属イオン錯体形成温度は６０℃、錯化合物と高分子錯体の形成温度として８０℃の温度まで５℃／ｈｒの速度で段階的に昇温させた後に製造する。前記の工程でモル比と温度を制御して形成されたゾルは、金属塩とキレート剤の結合構造を強化させて収率を増加させるだけでなく、金属カチオン性が平均して分布及び固定されることによって、微細で均質な組成の粉末を製造することが可能である。
【００２０】
詳細なＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の製造工程は、次の通りである。
【００２１】
参考までに、図１は、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の製造工程を説明するためのフローチャートであり、図２は、本発明に係るＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末を製造するための装置の模式図である。製造装置１０は、金属硝酸塩とキレート剤（ｃｈｅｌａｔｅ  ａｇｎｅｔ、以下、「ＣＡ」という）とエステル化反応促進剤（ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｇｅｎｔ、以下、「ＥＡ」という）及び蒸留水を溶解するための反応容器１１、温度上昇のためのホットプレート１３、温度を保持するためのヒーティングマントル１５を受け入れる加熱容器１６、及び攪拌子１７を含んで構成される。
【００２２】
まず、金属硝酸塩を蒸留水に溶解させ、キレート剤（ｃｈｅｌａｔｅ  ａｇｅｎｔ）とエステル化反応促進剤（ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｇｅｎｔ）を順次蒸留水に溶解させる（ステップＳ１）。
【００２３】
詳しくは、図２に示すように、蒸留水が入れられた常温の反応容器１１の中にＬａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、Ｓｒ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、及びＦｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏを３：２：１：４のモル比に定量して溶解させた後、前記のモル比で算出されたキレート剤とエステル化反応促進剤を順次溶解させる。ここで、キレート剤は、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７、ｃｉｔｒｉｃ  ａｃｉｄ）、グリコール酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３、ｇｌｙｃｏｌｉｃ  ａｃｉｄ）のうちのいずれか１つの物質が用いられ、エステル化反応促進剤は、エチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ）が用いられる。
【００２４】
次に、反応容器１１をホットプレート１３を用いて６０℃〜８０℃の温度で２時間加熱して安定した金属イオン／キレート錯体を形成する（ステップＳ２）。
【００２５】
次に、上記のように製造された金属イオン／キレート錯体を６０℃から８０℃まで温度を５℃／ｈｒの速度で段階的に加熱して高分子錯体のゾルを形成する（ステップＳ３）。
【００２６】
次に、上記のように形成された高分子錯体ゾルを１００℃で一定時間保持して橙色の多孔性のゲル前駆体を形成する（ステップＳ４）。ここで、ゲル前駆体を形成するステップは、反応容器１１に収容された高分子錯体を攪拌子１７を用いて一定温度で一定速度で攪拌し、反応容器１１の下部のヒーティングマントル１５を用いて一定温度に保持する。ここで、反応容器１１内の混合溶液をゾル化させ、更にこれをゲル化させ、更に炭化させるために、反応容器１１を加熱容器１６内に収容し、前記加熱容器１６の内部で反応容器１１の下部に設けたヒーティングマントル１５により、ゾルを一定温度に加熱、保持するようにしてもよい。
【００２７】
そして、前記ゲル前駆体を４００℃の温度で自己点火して灰になるまでの間加熱して炭化させ、空気雰囲気の焼成炉において８００℃で４時間熱処理する仮焼工程によって最終酸化物を得る（ステップＳ５）。
【００２８】
本実施例によれば、ナノサイズの粉末を合成する工程において、その工程が単純かつ迅速に実行でき、量産が容易なゾルゲル法を用いることによって、前記伝導性に優れ、球形で多孔性の微細なナノ粉末を合成することができる。そして、このようにして製造されたナノ粉末を用いて製造した空気極は、均一な気孔分布を有するため、気孔を通して得られる特性が極大化されることにより、空気極の分極抵抗を減らすことができる。また、電気化学反応が起きる三相界面が広くなり、電子、イオン伝導性が良好となり、出力性能が向上する。また、浸漬被覆（ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎｇ）やスクリーン印刷方式で製造された空気極は、限定された面積に均一かつ連続的に塗布されるが、このような粉末を適用すれば、単位面積当たりの密度が高くて均一な気孔分布が形成され、酸素との表面電荷交換速度が速くなり、分極抵抗を顕著に低減させることができる。
【００２９】
図３は、本発明による合成方法に係るＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末のＸ線回折パターン分析を施行した結果であり、６００〜１０００℃の温度範囲で４時間の間熱処理して得た最終副産物である粉末のＸＲＤパターンを示したものである。仮焼温度が増加しても他の二次相は現れず、７００℃から明確な単一相を形成することが分かる。熱処理温度が増加することによって、ピークの強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が増加する傾向を示し、８００℃以上の温度から全ての角度のピークが安定化する傾向を見ることができる。
【００３０】
図４は、合成されたＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の構造分析を施行した結果である。温度別に仮焼した粉末の格子定数を分析した結果、合成された粉末はＲ−３Ｃ空間群（ｓｐａｃｅ  ｇｒｏｕｐ）の菱面体晶ペロブスカイト（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ  ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）相を有しており、８００℃から格子定数が一定になることが分かる。これによれば、ナノサイズの粉末が合成される本発明の合成方法を使えば、７００℃の比較的低い温度でも結晶性が優れた良質の粉末を製造できることが分かる。本実施例に係る製造方法で製造された粉末は、球形の微細な多孔質粉末を形成し、結晶粒の大きさ及び形状の分析結果から、５０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲のナノサイズを有し、かつ、比較的球形のＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ空気極粉末が得られるということが分かる。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施例による合成方法で製造されたＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末を用いて電気伝導度を測定した。試験片は、一軸加圧方式で製造し、円形モールドに粉末を入れて４９Ｍｐａの圧力で３時間圧着後、１１００℃で７時間の間焼結して直６面体形態に加工して電気伝導度測定試験片を製造した。
【００３２】
本発明の製造方法によって準備されたＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末の電気伝導度評価試験を下のように行った。
【００３３】
上記の如く製作された試験片で、電気伝導度測定装置を用いて直流２端子法（ＤＣ２−ｐｒｏｖｅ  ｍｅｔｈｏｄ）により７００〜８００℃の作動温度範囲で昇温と冷却の雰囲気で測定して平均値を算出した。
【比較例】
【００３４】
燃焼噴霧熱分解法（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｓｐｒａｙ  ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）を用いて合成した常用パウダー（Ｐ社）を用いて、前記実施例の方法で電気伝導度を評価した。
【００３５】
実施例と比較例の電気伝導度を測定した結果、実施例は２９８Ｓ／ｃｍの優れた電気伝導度を確認した。ここで、図５は、本発明の実施例に係る空気極粉末と比較例に係る燃焼噴霧熱分解法を用いて商用化された粉末の電気伝導度を測定した結果である。
【００３６】
図５を参照すると、商用化された合成方法の燃焼噴霧熱分解法（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｓｐｒａｙ  ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）を用いたＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ常用粉末の電気伝導度よりも優れた性能を示すことが分かる。
【００３７】
従って、本発明によって製造されたＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δは、粉末特性が優れ、高い電気伝導度を示すことを確認することができた。また、このように、本発明によって製造された粉末は、その粉末特性が非常に優れているため、空気極への適用時に出力性能が優れたＳＯＦＣ単電池の製造が可能となる。
【００３８】
上記のような本発明は、ゾルゲル法を改善してＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ空気極粉末を合成することによって、中低温でＳＯＦＣの出力特性が優れたＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δナノ粉末を製造する方法を提供することができる。より詳しくは、従来のゾルゲル工程では、収率を高めるための方法として、金属塩とキレート剤の結合安定及び保持のためにゾル溶液を７０℃以上の一定温度で持続的に加熱してゲル前駆体に切り替える方法で金属粉末を製造したが、このような方法は工程時間が長くかかるだけでなく、スケールによる条件の最適化が難しい。しかし、本発明によれば、エステル化反応触媒を添加して６０℃〜８０℃の温度区間で５℃／ｈｒの速度で加熱して金属塩／キレート結合体を高分子複合化させれば、金属塩／キレート結合体の構造安定性が優れているため、ゾル溶液からゲル前駆体への転換工程、すなわち一定温度における一定の攪拌速度で持続的に加熱する溶媒揮発工程の時間短縮が可能になり、工程単価が節減される。従って、本発明で提示された図２のＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末製造工程の装置模式図に示したように、溶媒揮発工程で溶媒の速い蒸発を行わせるために高速の機械攪拌子を用いても、結合体の切れがなく、工程時間を顕著に短縮させながらも組成が正確で、収率の優れた良質の粉末製造が可能である。
【００３９】
本発明に係る製造方法は、簡単な方法で高品質のＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末を得ることができて、従来のセラミック粉末合成方法の共沈法、燃焼噴霧熱分解法よりも比較的経済的かつ簡単で、工程の制御因子が単純であるため、実際の量産環境に好適に適合可能である。前記方法によってＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−δ粉末を製造する場合、球形の均一で微細な粒子を得ることができ、その粒子は多孔性の構造を有するだけでなく、組成制御が正確で前記伝導性が優れた良質の粉末を製造することができるため、固体酸化物燃料電池用の空気極物質に有用に用いることができる。
【００４０】
上述したように、本発明について、具体的な構成要素などの特定事項と、限定された実施例及び図面によって説明したが、これらは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものである。また、本発明は上述した実施例に限定されることはなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施例から多様な修正及び変形が可能である。従って、本発明の思想は上述した実施例に限定して決定されてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等もしくは等価的変形の範囲内にある全ての実施例が、本発明の思想の範疇に属するといえる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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