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내부개질의 SOFC 및 연료극

전문가 제언: ○ 고분자전해질 연료전지(SOFC)는 연료인 탄화수소 가스의 화학적 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시킬 수 있는 고효율의 환경 친화적 발전 기술이다. 천연가스를 수소로 개질하지 않고 탄화수소 연료를 직접 사용하여 별도의 수소 공급 시스템이나 탄화수소 개질 시스템이 필요 없어 연료전지 시스템이 한결 단순화되어 크기나 비용이 줄어 들 수 있기 때문에 SOFC는 연료전지 중에서 최근 가장 주목받게 되었다.

○ SOFC의 기본 구조는 연료극, 고체전해질 및 공기극으로 구성되며 전해질로는 산화스칸듐으로 안정화된 지르코니아(SSZ) 또는 산화이트륨으로 안정화된 지르코니아(YSZ)를 사용한다. 연료극에는 NiYSZ의 니켈 서멧트가 주로 사용되며 공기극에는 Sr로 도핑된 LaMnO3(LSM) 재료가 보통 사용되고 있다.

○ 연료극의 전극은 Ni의 금속상과 산화사마륨으로 도핑된 산화세륨과 같은 SDC 재료를 사용하여 탄화수소계의 연료의 산화와 전하전달의 기능을 부여할 수 있다. 또한 SOFC의 이상 작동시 발생되는 연료부족에 의한 연료극의 손상의 방지를 위해 연료극의 Ni 조성과 기공도를 연료극의 영역별로 조절하는 것이 본 발명의 특징으로 있다.

○ 연료극의 영역별 조절 방법은 전해질과의 접촉면에서 멀어지는 방향으로 Ni 조성 및 기공도를 증가시켜 Ni의 산화에 따른 열기계적 스트레스를 최소화 할 수 있으며 또한 Co 또는 Cu와 같은 비전기촉매성 금속을 전해질에서 멀리 떨어진 연료극의 영역에 일부의 Ni을 대체시켜 연료극의 전체적인 전하전달 특성 및 기계적 성능을 향상할 수 있다.

○ SOFC의 실용화에 걸림돌로 작용하고 있는 스택구조의 장기운전의 내구성 확보를 위해 고신뢰성의 신소재 및 제조기술의 개발이 시급하다. 국내의 SOFC 개발현황은 2007년부터 포스코파워와 RIST를 중심으로 150kW급 SOFC 스텍 및 구성요소의 핵심기술 확보에 주력하고 있기 때문에 고효율 및 고신뢰성의 SOFC 시스템의 국내개발을 조만간 기대해 볼 수 있다.

저자: BLOOM ENERGY COPORATION
자료유형: 특허정보