고체산화물 연료전지용 무알칼리 바륨 붕규산염의 점성 밀봉유리

전문가 제언

○ 연료전지의 구성은 양극(cathode), 고체전해질, 음극(anode)으로 단위전지가 구성되어 있다. 발전용량을 높이기 위해 서로 다른 극끼리 직렬로 연결재로 연결하여 스택을 쌓게 된다. 이때 양극과 음극을 흐르는 가스가 서로 혼입되지 않도록 밀봉된 구조를 갖춰야 한다.

 

○ 밀봉유리는 a) 작동 중 산화가스와 연료가스가 서로 섞이지 않도록 하는 밀봉기능, b) 스택구성 시에 기계적 결합제의 역할과 스택에 주어진 충격완화의 완충제 역할, c) 양극과 음극을 전기적으로 절연시키는 절연재 역할 등이 필요하다. 이를 위해서 밀봉재는 다른 구성 요소들과 접합성, 비슷한 열팽창계수 및 높은 전기절연성, 구성 요소와의 화학반응이 낮아야 한다. 또한 산화-환원 조건에서 화학적으로 안정하며 열 사이클에 강한 내성 결합성과 열응력이 커야 하고 균열이 없어야 하며 연료와 산화가스의 두 극단적인 산소분압 조건에서 화학적으로 분해, 증발되지 않아야 한다.

 

○ 본고에서는 알칼리토류 알루미노 붕규산염 유리인 G102를 밀봉재로 각종 실험을 통해 SOFC 작동 중의 유리/Al-SS441 계면에만 BaAl2Si2O8 결정이 생겼고 벌크유리나 유리/YSZ 계면에는 어떤 결정화도 일어나지 않았다. 이 유리의 전기비저항은 다른 연료전지용 유리나 결정화 유리에 비해 3단계 정도 컸고, 744℃에서 2시간 재열처리를 통해 유리 중의 균열에 대한 자기치유가 가능하다는 것이 입증되었다.

 

○ 국내에서는 KIST, 세라믹기술원 및 각 대학의 재료공학과 등에서 BaO-Al2O3-SiO2-ZnO계 유리, CaO-TiO2-SiO2계 유리 등이 연구되어 왔다. 미국 Argonne 국립연구소와 Chicago대학에서는 SOFC 작동온도에서 열응력을 이완할 수 있는 점성유동을 갖는 밀봉재로 SrO와 La2O3을 함유하는 붕규산 유리를 개발하였으나 전기비저항이 좀 낮았다. SOFC는 중앙 집중형 발전방식이 아니기 때문에 ESS나 전선 등이 불필요하며 좁은 입지에서도 오염물질 배출이나 소음 없이 양질의 전력을 안정적으로 공급하는데 SOFC가 가장 적합하다. 장래 안정적 전력공급을 위해서도 SOFC의 연구를 장려해 나가야될 것이다.

저자

Jen-Hsien Hsu, et al

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

270()

잡지명

Journal of Power Sources

과학기술
표준분류

재료

페이지

14~20

분석자

김*호

분석물

• 고체산화물 연료전지용 무알칼리 바륨 붕규산염 점성 밀봉유리.pdf [372,364 byte]

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