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SOFCs재료의 도전

전문가 제언: ○ SOFCs의 재료는 Kendall이 발표한 “Progress in solid oxide fuel cell materials”, International Materials Reviews, 50(5), 2005“의 내용과 비교하면, 기존의 YSZ나 세리아 전해질재료를 주류로 하면서 이들의 전도도, 제작 용이성 및 구성 재료들 사이의 화학적인 확산과 물리적인 열팽창계수 등의 연구 측면에서 첨가물의 선정, 첨가량, 처리방법 등에서 상당한 진전이 이루어지고 있음을 감지할 수 있다.

○ SOFCs의 전해질재료는 이온의 전도도는 향상시키고 반면 전기전도는 일으키지 않아야 연료와 산소의 산화환원 반응이 촉진되면서 전지의 성능이 향상된다. 3년 전의 Kendall보고서는 Sc의 첨가가 없었는데, YSZ에 Sc를 도핑한 ScSZ가 더 높은 전도도를 보여준다고 보고하고 있다. 이때 Sc의 도핑은 능면체에서 큐빅으로 상전이가 일어나는데 이를 방지하기위해 첨가량을 8몰%로 제한하든가 Bi 등의 2차 첨가물을 가한다고 보고한다.

○ 또한 세리아는 Gd와 결합하여 GDC(또는 CGO, serium gadolinium oxide)로 이온전도도의 증가가 ScSZ보다 큰데, 여기에 Sm과 Y 등을 첨가한 것은 GDC보다 더 향상된 전도도를 보이는 것 역시 3년 전 보고서에는 없었다. 접촉제는 양극과 음극에 적합한 재료는 서로 다른데, 음극에 p형, 양극에 n형 반도체를 사용하는 세라믹재료는 YSZ과 안정하나 고가이며 온도감소에 따른 전도도가 감소하는 단점 때문에 금속 접촉제가 많이 연구된다.

○ 금속재료는 산화저항성이 중요 문제인데 금속표면의 산화막이 전기전도도가 충분히 좋아서 저항과 과전압을 최소화해야 한다. 여기에 적합한 것으로 크로미아가 있는데 높은 전기전도도를 갖기 때문이다.

○ 양극재료는 크롬산화물과 티탄산화물이 산화물 양극재료로 대표적인데, 카본석출과 유황의 독성작용을 방지하기위한 Ni과 Cu의 첨가나 전도도향상을 위한 Y, La 등의 첨가연구가 다소 큰 진전은 있어 보이지 않고, 음극재료는 전해질 YSZ과의 상호 확산 반응을 방지하며 CTE와 전도도를 향상시키는 LSC, LSCF, LNF등의 재료개발이 지속되고 있다.

저자: Fergus, JW; AF Fergus, Jeffrey W.
자료유형: 학술정보