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페로브스카이트형 산화물 이온전도체의 현황

전문가 제언: ○ 산화물 이온전도체는 산화물 중의 격자결함을 통하여 산소가 이동하는 현상이며, 현재 형석형(螢石型) 산화물 이온전도체인 ZrO2나 CeO2와 페로브스카이트 구조의 LaGaO3으로 분류된다. 이들이 고체전해질로 많이 적용되고 있다.

○ 고체산화물에서 이온전도성이 발현되기 위해서는 이온이 치밀한 격자를 통하여 이동할 수 있어야 한다. 이온전도가 가능하기 위해서는 전도성 이온이 움직일 수 있는 빈자리가 주위에 있어야 하며, 이온이 격자상의 위치를 이동할 수 있어야 하고, 이동경로가 시편전체에 걸쳐 연속적 이어야 한다.

○ 전통적으로 ZrO2나 CeO2, LaGaO3의 산화물 이온전도체와 기타 pyrochlore 구조 산화물이 고체산화물 연료전지의 전해질 소재로 연구되었다. 그러나 이온전도에 대한 활성화 엔탈피가 높아 동작온도가 높아지고, 소재간의 적합성, 작동조건의 변화에 대한 취약성, 낮은 연료효율 등의 문제점이 있다.

○ 고체전해질로 이용하기 위해서는 넓은 온도 및 산소분압 영역에서 ion transference number가 1이 되어야 하고 이온전도도가 커야한다. 또한 장기간 사용에 대한 안정성, 열팽창계수가 비슷하여 열응력 발생을 방지하고, 치밀한 미세조직이 형성되어야 한다.

○ 이 문헌에서는 LaGaO3에서 A 사이드의 Sr과 B사이드에 Mg를 첨가하여 최적의 조성을 발견하고 이 LSGM 산화물이 높은 이온전도성을 가지고 있다. 또한 Pr2NiO4 재료에 대하여 산소투과의 온도의존성과 기타 물질의 첨가를 검토하였다.

○ 산화물 이온전도체는 고체전해질을 비롯하여 응용분야가 클 것으로 기대되며, 또한 새로운 재료가 계속 개발될 것으로 예상된다. 국내에서도 고온용 고체산화물에 대한 관심이 많이 있어 이 문헌이 참고가 되기를 기대한다.

저자: Tatsumi Ishihara
자료유형: 학술정보