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은으로 보강된 SOFC용 결정화 유리 밀봉재의 기계적 거동

전문가 제언: ○ SOFC 스택에서는 셀, 밀봉재, 분리판 및 집전체의 구성요소들이 스택에 장착되었을 때 그 기능을 최대한 발휘하면서도 점진적 또는 급격한 품질 저하가 발생하지 말아야 한다. 특히 밀봉재는 사용되는 연료와 공기의 혼합을 방지하고 여러 장 적층된 분리판의 전기적 단락을 방지하여야 한다. 또한 700℃ 이상의 고온에서 다른 구성요소와 화학적 반응이 없어야 하고 열 사이클을 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도가 중요하다.

○ 지금까지 개발된 SOFC의 형태는 평판형, 원통형, 일체형의 3가지가 개발되었고 평판형 구조는 전류의 흐름이 구성요소의 면에 수직방향이므로 전력 밀도가 높은 장점이 있다. 그러나 기체의 밀봉이 어렵고 기계적 강도나 열응력에 대한 저항성이 낮은 단점이 있다. 따라서 평판형과 원통형 구조의 장점과 단점을 보완한 평광형(Flat tubular) SOFC를 현재 연구 중에 있다. 여기서도 유리 밀봉재를 사용할 경우 기밀성과 내구성을 모두 갖춘 밀봉재와 밀봉방법 개발은 매우 중요한 문제가 된다.

○ 본고에서는 BaO-CaO-SiO2 삼원계 유리에 20wt%의 Ag 분말을 첨가한 밀봉재는 완전히 결정화된 밀봉재 B와 8YSZ로 강화되고 부분적으로 결정화된 H-P보다 파괴응력이 2배 정도 되어 연성 Ag 입자들에 의한 것이라고 생각된다. 그러나 700℃ 이상에서 파괴응력이 떨어지는데 이것은 잔류 유리상의 점성 변형 효과 때문으로 생각된다. Ag 입자의 첨가효과는 크리프 속도가 매우 낮게 나타나 사용 중 큰 변형이 없다는 큰 장점이 있다. 이것은 서랭에 의한 유리상의 감소라고 생각한다.

○ 본고와 비슷한 국내 연구로 포스코에서 2000년대 중반 결정화 유리입자에 알루미나 입자를 첨가하고 분산매로 자일렌 및 아크릴 레진을 첨가하여 결정화 유리 레진 밀봉재를 제조하였다. 유리 밀봉재 조성으로 각종 조성의 유리 등이 각 대학 재료학과, KIST, 세라믹기술원에서 연구되어 왔으나 체계적이고 총괄된 연구는 관련 연구원과 대기업 연구소가 주관하여 진행하여야 국제 경쟁력을 갖출 수 있을 것이다.

저자: J. Wei, G. Pe？anac, J. Malzbender
자료유형: 니즈학술정보