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Proton 전도성 세라믹스(Proton-conducting Ceramics)

전문가 제언: □ 최근까지의 양성자 전도성 고체연구의 변천과 그 사회적인 배경을 뒤돌아보고 어떠한 종류의 양성자 전도체가 존재하고 어떠한 연구가 진행되고 있는가를 특히 세라믹재료에 초점을 두어 기술하였다. 양성자 전도성고체 연구는 1970년대 말에는 구체적인 목표를 착목하고 1990년 말부터 연료전지 자동차의 실용화를 향한 연구가 이루어지고 있다.

□ 연료전지와 양성자 전도체로서 수소연료전지에 사용할 수 있는 고체전해질의 전도이온 종류로서는 산화물 이온, 수산화물 이온, H3O+, 양성자 등을 들 수 있다. 양성자 전도성고체의 분류에서 유기고분자 양성자는 가장 작은 이온이고 소립자이기도 하다. 전하밀도가 매우 높기 때문에 반대전하의 이온과 너무 강한 결합을 하여 고체를 통상의 이온전도기구에서 움직이는 것은 곤란하게 하지만 양성자가 도전에 참여하는 예는 매우 잘 알려져 있다. 종류로는 함수결정형 산소산, 수소결합을 갖는 무수화합물, β알루미나형 산화물, 수소침입형 산화물, 겔 및 글라스, 격자결함형 산화물, 유기고분자 등이 있다.

□ 좋은 양성자 전도성고체는 원리적으로 여러 가지 장비에 활용할 수 있다. 그것들을 크게 나누면 수소센서 분야, 수소연료전지 분야, 수소화합물의 전기분해 분야, 수소펌프 분야로 응용되고 있다. 예를 들면 수소연료전지는 수소와 산소를 단전지로 전기화학반응을 일으켜 직접 전기에너지를 얻고 발전 효율이 50%로 높고 부분부하 운전에서 효율저하가 낮고 NOx의 적은 배출량 등으로 수소연료전지는 전해질의 종류에 따라 3종류로 구분되고 이 중에서 실용화 단계에 있는 것은 인산형 연료전지이다. 또한 양성자 전도성고체 연구에서 양성자 전도성 세라믹의 종류와 성질과 그 기능을 활용한 장비에 대한 연구와 개발의 동향에 주목할 필요가 있다.

저자: Hiroyasu IWAHARA
자료유형: 학술정보