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SOFCs 양극재료의 진보

전문가 제언: ○ 연료전지에서 장래성이나 효용성에 근거한 많은 연구가 이루어지고 있는 것은 PEMFCs(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)와 SOFCs이다. 전자의 PEMFCs는 자동차용으로써 기존의 가솔린 구동 내연기관 엔진을 청정에너지인 수소로 대체코자 하는 노력이다.

○ 상기의 2개 연료전지에서 순수 수소를 연료로 하는 PEMFCs와는 달리 SOFCs는 수소뿐만 아니라 암모니아, 메탄, 제트연료 및 폐식용유와 바이오 에탄올까지 사용할 수 있는 장점으로 실용화의 시기가 앞당겨지리라 보고 있는데, 반면 PEMFCs는 순수수소를 기존의 가스 스테이션과 같은 형태의 네트워크가 요구되기 때문이다.

○ 여기서 SOFCs의 문제는 연료에 대한 포괄성은 좋은데 양극이나 음극촉매의 표면에 탄화수소에서 오는 카본의 석출과 연료 중 존재하는 유황 성분에 의한 독성 작용을 피해야 한다. 지금은 중온-SOFCs (IT-SOFCs)의 진행으로 보다 재료개발이 쉬운 경향으로의 이동이 있으나 여전히 재료개발은 많은 노력을 요구하고 있다.

○ 지금까지 연구된 양극재료의 주축을 이루는 것은 Ni-YSZ 서멧이 주류를 이루면서 가돌리나 도핑 세리아나 혹은 란타늄 갈레이트 등을 첨가하면서 재료의 개선 연구가 이어져오고 있다. 가장 많이 쓰이는 양극재료인 Ni-YSZ 서멧은 화학반응보다는 구조 변화로 퇴화되기 쉬운데 열처리에서 Ni 입자의 크기와 모양 변화가 이의 원인이 된다.

○ Cu-YSZ 서멧은 Cu가 C-C 본드형성과 S에 의한 퇴화를 감소시키나, Ni만큼 안정하지 못하다. CeO는 S에 강하여 Zr와 같이 사용되어 전기전도도를 증가시킨다. 전극 표면 전체에서 전기화학반응이 일어나는 페로브스카이트 형태의 크롬산화물과 티탄산화물이 산화물 양극재료로 대표적이다. 티탄산화물은 SrTiO3로 Y나 La을 추가로 첨가하여 전도도를 증가시키는 보고가 있다. 앞으로 전극재료에 대한 반응메커니즘이 수소에 한정적으로 이루어졌고 또한 많지 않는데, 탄화수소연료에 대한 추가적인 연구로 이에 대한 보다 이론적 문제 접근이 필요하다고 본다.

저자: Chunwen Suna, Ulrich Stimming
자료유형: 학술정보