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Ni-기반 SOFC 양극의 산화환원 사이클

전문가 제언: ○ SOFCs의 성능은 제작과정의 양극구조에 좌우된다. 전기화학반응은 여타의 반응과 달리 미세구조가 중요한데, 이는 TPB에서만 반응이 일어난다. 이것은 O2-도체(전해질), 전자전도체 및 가스 상으로 이루어지며 이 3가지 구성 중 어느 하나라도 연결이 끊어지면 반응이 일어나지 않는다. 그래서 실제적 방법으로 전해질의 전극은 10㎛을 넘지 않는 것이 선호된다.

○ 이 글은 Ni을 기반으로 하는 YSZ 양극재료에 대한 산화환원 사이클에서 오는 구조규격의 팽창을 다루고 있다. 양극재료의 산소의 입출은 구조의 팽창과 수축 면에서 중요한 의미를 지니는데 보통 재료의 개발이 CTE의 부합여부만 검토하는 것에 비추어 여기는 보다 상세한 기계적 안정성을 다루고 있어 요긴한 내용이다.

○ 여기서 Ni/YSZ 재료를 잠깐 보면, 양극 속의 Ni은 메탄의 직접산화와 스팀 리포밍에서 전자전도와 촉매역할을 한다. YSZ은 YSZ 전해질과 열팽창이 부합되고 이온전도와 Ni 열처리 시 양극의 구조지지대 역할을 한다. 전자전도를 위해 적절한 Ni의 함량은 30vol%가 적합하다고 보고되어 있다. 이 재료의 단점은 산화환원 안정도, 유황의 독성 및 카본석출에서 취약하다.

○ 이렇듯 산화환원 사이클의 구조변화와 같이 유효한 열화 가속시험도 중요한데, 기동정지 사이클법에 의한 전극의 가스 확산성 저하, 열화방법에 의한 스택과 각 구성물의 고온에 대한 장기 내구성이 또한 중요하다. 이에 대한 기동정지 사이클 운전 및 열화가속 시험방법을 부하변동이나 온도 사이클의 영향을 검토하는 방법도 심도 있게 연구되고 있다.

○ 따라서 양극과 전해질은 상호 화학적 기계적 안정성을 유지하는 재료의 개발이 열심히 이루어지고 있으며 카본석출에 강한 YDC, Cu-CeO2-YSZ/SDC 및 퍼로브스카이트로 GDC/LSCM 등 좋은 결과가 발표되고 있다. 모두 활발한 연구를 보여주는 가운데 훌륭한 재료가 나오리라 기대한다.

저자: D. Sarantaridis, A. Atkinson
자료유형: 학술정보