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고체산화물 연료전지의 금속 인터코넥트

전문가 제언: ○ SOFCs의 인터코넥트(연결재)와 밀봉재(sealants)는 핵심재료의 하나로서, 세라믹과 금속재료가 사용된다. 세라믹은 연결재로서 접촉성과 상용성 등의 장점도 있으나, 가공성 등의 문제점을 극복하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있는데, LaCrO3계의 산화물이 주로 사용된다.

○ 금속 인터코넥트는 세라믹에 비하여 갖는 장점은 다음과 같다.

– 열전도도가 좋아 온도분포가 균일하며, 평판형 스택에서 열응력을 저감할 수 있다.
– 기계적 강도가 우수하다.
– 가스투과가 없다.
– 전기전도도가 높다.

○ 이에 반하여 해결해야할 문제점들은 다음과 같다.

– YSZ 전해질과의 열팽창계수 불일치
– Cr에 의한 공기극의 오염
– 산화속도를 저감시키기 위해 세라믹 코팅필요 등으로 볼 수 있다.

○ 이에 대한 해결책으로 이 글에 상세한 조사가 수록되어 있는데, 이를 요약하면, CTEs의 불일치는 YSZ과 CTE가 동일한 합금의 개발이다. Siemens/Plansee사는 Cr-5Fe-1Y2O3 합금을 개발하였고, 작동 전 온도 대에 걸친 CTEs의 일치 여부를 검토해야 한다.

○ Cr에 의한 오염은 특히 가습조건에서 공기극에 심각한 문제가 된다. 휘발되는 Cr 성분은 (La, Sr)MnO3(LSM)/YSZ/가스의 삼상계면에 증착되어 활성을 현저히 감소시킨다. 본문에서도 나와 있듯이 삼상계면에서 산소분압 차이를 많이 일으키지 않는 공기극 재료를 적용하는 Cr 오염감소연구가 나와 있다.

○ 산화 속도를 낮추기 위한 세라믹코팅은 낮은 양이온 확산계수와 높은 전자 전도도를 갖는 세라믹재료나 적정한 원소(희토류 등)를 첨가하는 방식이 있다.

저자: Fergus, JW
자료유형: 학술정보