* 고체산화물 연료전지의 지지된 전해질 박막 합성

전문가 제언

□ 800℃ 이하 온도에서 작동하는 고체산화물 연료전지는 지지된 박막 고체 전해질의 사용이 필요하다. 만족한 성능을 가진 전해질필름을 만들어 낼 수 있는 여러 가지 가공법이 리뷰 되었다. 그 가공법은 증기 상, 졸-겔 및 콜로이드표착과 같은 분말 법들이 포함되어 있다. 경제적 경쟁은 $800/kW의 상한선과 $400/kW의 신축성한계의 시스템생산원가가 제시되었고 층적막 원가는 약 $80과 $165/kW 사이가 되어야 한다.

□ SOFC막 설계에서 박막 SOFC는 양극 지지되었고 그 양극은 YSZ-Ni Cermet으로 되어 있다. 유용한 LaSr 망간산염(LSM) 음극과 그들 유도체에 대한 공정온도는 저항성 LSM 계면의 형성을 피하도록 약 1350℃가 되게 해야 한다. 음극-지지된 설계는 성공입증에도 불구하고 현재 Ni-YSZ 양극-지지된 YSZ 전해질 개발에만 계속 집중하고 있다.

□ 거의 모든 알려진 공정기법들은 다공성지지 전극위에 얇은 전해질필름을 생성하기 위하여 노력해 왔다. 증기상법은 플라스마-증강된 금속-유기화학증착(PE-MOCVD)이 650℃를 넘는 권장된 기질온도로 다공성 Ni-YSZ 양극기질위에 YSZ를 표착하기위해 사용된 실험으로 10μm 이상의 큰 기질동공을 짜 넣는 일반적인 어려움을 설명한다.

□ 다공성 LSM 음극위에 전기화학증착(ECVD)에 대한 전형적 공정 조건들은 Po2=10-4atm과 1475K이며, 1h에서 약 50μm의 필름두께가 되게 하고 우수한 전해질이 생기지만 상당히 생산원가가 높다.

□ 증기 상 전해표착(VED)과정에서 제한부분은 빠른 표착을 위해 필요한 높은 바이어스에서 표착된 YSZ의 부분적 감소에 있다. 졸-겔 법에 의한 표착된 필름두께는 0.5μm 이하로 제한되고 보다 대표적인 값은 약 0.2μm이다. 그 이상에서는 건조 또는 고밀도화 도중에 필름수축의 결과로 불안정한 크래킹(균열)이 생긴다.

□ 분말법은 다공성 양극 또는 음극기질위에 표착된 개개의 미립자로 된 서스펜션이 사용되고 같이-구어내기가 뒤따른다. 분말기법들은 전기영동, 침투 또는 분무에 의한 테이프 캐스팅, 테이프 칼렌더링 및 콜로이드 분산이 포함된다. 한편 콜로이드 표착에는 전기영동, 진공과 모세관 침투 및 분무열분해 표착들이 포함된다.

□ SOFCs의 지지된 박막 전해질들 생성에 대한 여러 가지 많은 공정 법에서 상품화에 필요한 낮은 생산원가를 만날 수 없다는 것이 내재적 고찰이며 그 원가문제가 가장 중요한 구속조건이다. 그중에도 가장 생산원가 효과적인 방법이 같이-굽기를 결합한 단순 분말법인 것 같이 보인다.

□ 본 고찰의 내용을 숙지하여 SOFCs의 지지된 전해질 박막을 합성 가공하는 연구개발 방향을 설정하고 낮은 생산원가의 완제품을 생산하여 실용화하는 날을 앞당겨 연료에너지를 전기에너지로 변환효율을 극대화하는 열역학적 개가를 기대한다.

저자

De Jonghe, Lutgard C.; Jacobson, Craig P.; Visco, Steven J.

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

에너지

연도

2003

권(호)

33

잡지명

Annual Review of Materials Research

과학기술
표준분류

에너지

페이지

169~182

분석자

여*현

분석물

• 고체산화물 연료전지의 지지된 전해질 박막 합성.pdf [215,515 byte]

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