페로브스카이트 구조 산화물에서의 산소 이동

전문가 제언

○ 페로브스카이트는 ABO3의 화학식으로 대표되고 전체적으로 입방정 결정구조를 가지는 산화물의 일종이다. 이 산화물은 강유전성, 압전성, 열전성, 전광성 등 다양한 특성을 나타내므로 반도체의 커패시터, 비휘발성 메모리, 다기능 센서, 연료전지의 전극, 고온초전도체 등의 재료로서 광범위한 응용분야를 가지고 있다. 본고에서는 연료전지와 고온초전도체를 중심으로 페로브스카이트 산화물의 특성을 설명한다.

○ 최근에 고체산화물 연료전지(solid-oxide fuel cell: SOFC)의 음극재료로서 페브로스카이트 산화물이 주목받고 있다. SOFC는 높은 효율, 장기적 안정성, 연료의 융통성, 낮은 배기가스 등의 장점이 있는 반면 600~1000℃의 고온에서 작업한다는 단점이 있다.

○ SOFC 음극재료에서 산소이온의 이동속도는 재료의 성질에 큰 영향을 미친다. 특히 SOFC의 경우에는 재료의 전기전도도가 중요한데, 그것은 전자와 산소이온의 이동성의 조합으로 나타난다. 따라서 전체적인 전기전도도를 향상시키기 위해서는 산소이온의 확산속도를 증가시킬 필요가 있다. ABO3의 A나 B와 원자가가 다른 원소들로 도핑하면 기존 산소의 자리가 비거나 새로운 산소가 들어오기도 한다. 이 산소결함의 농도가 높고 이동속도가 빠르면 산소확산 속도가 빨라진다.

○ 페로브스카이트 산화물에서 산소확산을 용이하게 하기 위해서 그 결정구조를 층상으로 변화시키고 산소의 결합에너지를 낮추려는 연구가 이루어지고 있다. 그 예로 Ruddlesden-Popper(RP) 시리즈의 페로브스카이트 An+1BnO3n+1나 또는 AA'B2O5+d 형의 이중 페로브스카이트인 GdBaCo2O5+x와 PrBaCo2O5+d 등을 들 수 있다.

○ SOFC의 실용화를 위해서는 산소확산 속도를 높이고 작업온도를 낮출 필요가 있다. 위의 GdBaCo2O5+x의 경우에는 ~500℃에서 0.01S/cm의 이온전도도를 나타내어 실용화에 접근하고 있다. 국내에서도 반도체 커패시터 재료, 촉매, 비납계 PZT 등의 페로브스카이트 산화물의 응용연구와 산소결함이나 이동에 대한 기초연구가 비교적 활발히 이루어지고 있다.

저자

A. Chroneos, R.V. Vovk, I.L. Goulatis, L.I. Goulatis

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2010

권(호)

494

잡지명

Journal of Alloys and Compounds

과학기술
표준분류

재료

페이지

190~195

분석자

심*주

분석물

• 페로브스카이트 구조 산화물에서의 산소 이동.pdf [251,136 byte]

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