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고체산화물 연료전지용 BaO-Al2O3-B2O3-SiO2계 밀봉유리

전문가 제언: ○ 본고에서는 GC9로 명명된 34BaO？.5Al2O3？34SiO2？9.5B2O3？xLa2O3？(17-x)CaO？ZrO(x=0, 1, 3, 5, 7)유리 중 GC9-4(La/Ca=0.833)유리가 약 800℃에서 작동하는 SOFC용 밀봉재로 가장 적합하였다. 이 유리 중에는 850℃에서는 Ba3La6(SiO4)6 단일 결정상이 균일하게 분포되어 있고 인접 성분들과 계면이 잘 점착되어 작동 사이클 6000시간에서도 유효하게 사용되었다고 보고하고 있으나 작동 사이클이 더 길어지거나 온도가 높아지면 결정상의 상대 양이 증가하여 균열을 발생할 수 있기 때문에 균열을 유리의 점성을 이용하여 유리 자체가 치유하는 연구도 필요하다고 생각한다.

○ SOFC는 중앙 집중형 발전방식이 아니기 때문에 오염물질 배출이나 소음 없이 양질의 전력을 공급할 수 있으며 고온 작동에 따른 열과 미 반응 연료를 열병합 발전 혹은 가스터빈과의 혼합발전에 이용할 수 있기 때문에 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있으나 800℃이상의 고온 구동으로 인해 고비용 문제가 발생하며 장시간 사용 시 내구성이 떨어지는 문제가 있다.

○ 국내에서는 KIST, KICET 및 대학의 재료공학 학과에서 BaO-Al2O3-Si O2-ZnO계나 CaO-TiO2-SiO2계 유리가 연구되어 왔다. 1000~1100℃열처리 시 BaAl2Si2O8, ZnBa2Si2O7, Zn2SiO4, ZnCrO4 등의 결정상으로 된 결정화 유리로 전환되나 밀봉재의 고온 안정성은 향상된다고 한다. 아르곤 국립연구소와 시카고대학에서는 열응력을 이완할 수 있고 작동영역에서 점성유동 특성을 갖는 밀봉재로 SrO-La2O3-Al2O3-B2O3-SiO2계 유리를 개발하였다. 이 유리의 1000℃에서의 비저항은 103Ω？cm이었다.

MgO-CaO-Al2O3-SiO2계나 BaO-SiO2-Al2O3-CaO-B2O3계 유리와 같이 self healing 유리 밀봉재도 개발되고 있다.

○ 국내 DGIST와 미국 메릴랜드대학의 공동연구로 나노구조 전극을 개발하여 상용 La-Mn산화물과 YSZ산화물 복합 전극에 비해 140배의 성능 향상을 보여 중 저온에서 2W/cm2의 높은 출력을 얻었다고 한다. 700℃이하의 중 저온에서 고성능을 발휘하는 SOFC를 개발한다면 유리 밀봉재문제는 쉽게 해결될 것이라고 생각한다.

저자: Chien-Kuo LIU, Kin-Fu LIN, Ruey-Yi LEE
자료유형: 니즈학술정보