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SOFCs: 플라스마 증착의 도전

전문가 제언: ○ SOFCs에서 각 부품의 개발현황을 약술하면, 고체 전해질 재료는 좋은 이온 전도도와 낮은 전기전도도가 요구되는 조성과 구조를 갖는다. 기존의 YSZ에 비해 ScSZ이 더 높은 전도도를 보여준다. GDC는 Zr과 같은 결정구조를 가지면서 저온에서 YSZ나 ScSZ보다 높은 전도도를 보여준다.

○ 가장 많이 쓰이는 양극재료는 Ni-YSZ 서멧이다. 이 재료는 화학반응보다는 구조 변화로 퇴화되기 쉬운데 YSZ에 티타니아를 첨가한 것은 낮은 산소분압에서 전도도를 증가시킨다. 페로브스카이트와 LSGM인 경우는 세리아의 첨가가 상호 확산을 최소화하고 전도도를 상승시킨다.

○ 가장 보편적인 음극재료는 LSM이다. LSM의 CTE는 YSZ과 잘 부합되며, 이온 전도도가 다소 낮으나 좋은 음극 재료이다. 대부분의 음극재료는 페로브스카이트 구조로서 페로브스카이트 양극과의 상호확산 문제가 있는데, 세리아가 이를 방지하기 위해 자주 사용된다.

○ 이렇듯 SOFCs의 재료는 상호 구성물간의 화학적 안정성, 고온운전에서 상호 CTE의 부합성 등을 기본 특성으로 하면서 이온과 전기전도도 및 내구성이 좋아야 한다. 이러한 재료의 기초적 물성연구의 단계를 넘어서면서 대량생산으로의 진입은 조성과 규격 및 원하는 특성이 나타날 수 있게 컨트롤이 용이한 시스템에서 업그레이드된 속도로 일관된 생산 공정을 구축해야 한다.

○ 이 글은 SOFCs의 구성품과 이들의 조립에서 필요한 접착제 및 실링의 재료를 사전 처리하는 방법으로 현탁액과 혼합물 용액의 제조 및 시스템 내에서의 용융 등 및 스프레이 토치 등에 대한 기술적 동향을 적고 있다.

○ 아직 상업용 SOFCs에 대한 본격적인 적용이 대량생산의 단계까지 접근이 이루어지지 않고 있는데, Siemens Power Gen, MHI, Westinghouse 등이 활발히 연구하고 있다. 재료의 개발은 좋은 성능과 내구성을 위하여 부단히 이루어지겠는데, 이를 연결하는 대량생산 시스템의 플라스마 스프레이에 관한 기술의 개발도 빠른 속도로 이루어지고 있다.

저자: Rudolf Henne
자료유형: 학술정보