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SOFCs의 Cr-내성 음극 개발에서 Cr 석출 기구

전문가 제언: ○ SOFCs는 코스트와 성능 이외에 장기 안정성이 상업적으로 중요하다. 발전용으로는 40,000시간 이상, 수송용으로는 20,000시간의 수명이 요구된다. 그러나 이들 목표는 아직 달성되지 못하였다. 발전용은 계면의 화학적 불안정성이, 수송용에서는 열기계적 불안정성이 중요한 이슈로 되어 있다.

○ 음극-전해질, 음극-집전체 계면의 호환성이 중요하다. Sr 성분이 이들 사이에서 검출되어 그들의 계면 저항을 증가시킨다. 스택은 금속 접속재의 Cr에 의한 음극의 피독과 글라스-세라믹 밀봉재와 페라이트 접속재와의 간섭에서 오는 열화 기구(mechanism)를 이해해야 한다.

○ 여러 가지의 사이클 즉, 열, 산화환원, 부하의 사이클도 SOFCs의 안전요소이다. 따라서 이들 현상을 저감하는 재료와 공정의 개발이 필요하다. 극히 최근에는 장기 운전 후의 스택/시스템 레벨의 불순물에 의한 영향이 보고되고 있다.

○ Cr의 독성 작용은 열화 거동에서 과전압의 중요성을 Taniguchi 등이 보고하였다. 이들은 Cr 독성 작용은 음극 과전압에 기인하는 산소 전위임을 제시하고 Cr 독성 작용에 기인하는 열화는 온도 감소와 더불어 더 강화된다고 제시하였다.

○ 열화와 반응 모델 사이의 관계를 Cr 독성 작용으로 설명한 다른 좋은 보기는 Matsuzaki 등이 조사하였는데, 이는 Mn4+, Fe4+, Co4+의 안정된 원자가의 물리화학 성질로 산화물 이온 공공(vacancy)에 의해서 결정된다고 하였다. 이것이 음극 안정성과 음극의 Cr 내독성(耐毒性)을 같은 원자가 안정성으로 이해하게 한다.

○ 이러한 위의 주장에 대하여 이 글은 LSM과 LSCF 전극의 Cr 석출은 삼상 계면에서 높은 원자가의 Cr이 산소 환원과 경쟁적으로 고체 Cr2O3로 되는 전기화학 환원 반응이 아니라고 기술한다. Cr 석출 기구는 핵생성제가 LSM에는 Mn2+, LSCF는 SrO임이 확인되었음을 보고하고 있다.

저자: San Ping Jiang
자료유형: 학술정보